倾斜摄影测量技术在地籍测绘中的应用研究

朱建平

（三和数码测绘地理信息技术有限公司，甘肃 天水 741000）

传统地籍测绘，由于其效率低，外业工作量大，入户调查难，已无法满足全国房地一体项目的测绘需求。为了按时高质量完成农村房地一体项目，很多学者对其进行了深入探讨。宋振华等[1]提出将倾斜摄影测量技术用于房地一体项目，并以平凤镇为例，采用人工实地测量数据，对生产的地籍成果从界址点、房屋边长和房屋面积3 方面进行了分析，得出采用无人机倾斜摄影技术，可以缩减成本，提高作业效率。魏军等[2]提出将倾斜摄影用于农村房地一体项目，可以得到符合地籍二级精度要求的地籍成果和满足1∶500 比例尺的地形图成果。李勇[3]提出将倾斜摄影、三维激光扫描技术和权属调查APP 软件用于农村房地一体项目，并分别对其进行了说明，得出采用多技术融合，可以有效提升地籍测绘效率，而且成果精度高，数据准确性强。李帆等[4]提出将倾斜摄影技术用于房地一体项目，可以生产得到符合要求的大比例尺地籍成果，且采用全新的实景三维模型成果，可以有效提升指界确权的准确性，有效提升了农民的配合度。虽然很多学者提到了采用倾斜摄影技术进行地籍成果的测绘，但是并没有分析该技术存在的缺陷，比如因遮挡导致的航拍盲区带来的模型拉花问题，地籍成果是在模型上采集的，模型一旦拉花，其精度不受保障，无法得到符合要求的地籍成果。从这点出发，作者对倾斜摄影技术进行深入分析，提出采用倾斜摄影技术进行地籍测绘，并对模型精度无法满足地籍测绘要求的部分，采用虚拟立体像对进行补充测量的作业方式。采用实地测量获取的界址点和房屋边长数据，对本文方案得到的地籍成果精度进行检测。结果表明：基于本文方案得到的地籍成果，其精度可以满足地籍二级精度要求，且未在外业实地进行补充测量，提升了地籍测绘的作业效率，解决了外业工作量大的问题，基于实景三维模型直接确权，解决了入户调查难的问题。本文的方案为农村房地一体项目的顺利高效开展提供了借鉴。

1 倾斜摄影测量技术

倾斜摄影测量是指在飞行平台上搭载多个航摄仪，在空中朝地面从多个角度进行影像数据获取，并基于多视影像密集匹配技术和三维重建技术，得到符合要求的测绘产品的技术。由于无人机机动灵活性强、成本低，是目前使用最多的飞行平台。而多个航摄仪一般是组合集成在一起的，常见的有2 镜头、3 镜头、5 镜头和9 镜头等，从获取影像覆盖度和相机重量角度出发，最常见的是5 镜头相机，其从4 个侧视方向和1 个下视方向获取影像，并且重量适中，可以搭载在常见的飞行平台上，是目前使用最多的倾斜航摄仪。对于数据解算软件来说，影像分辨率一致，不但解算效率高，而且精度高，从这个角度出发，在5 拼航摄仪中，其侧视焦距通常是下视焦距的1.4 倍，这样可以保证获取的影像分辨率一致，可以为数据的高精度高效率解算带来保障。倾斜摄影测量示意图如图1 所示。

图1 倾斜摄影测量示意图

2 作业流程

主要分为外业和内业2 部分工作，具体作业流程如图2 所示。

图2 作业流程

3 案例分析

本次以实际生产项目为例，对本文提出方案的可行性进行验证。首先对测区进行勘察，测区地势平坦，树木少，房屋分布较为密集。测区内已有单镜头航摄影像，可用于任务区底图的制作。

3.1 像控点测量

为了提升像控点成果的精度，在航摄前，首先进行像控点靶标的喷涂和测量。使用PIX4D 软件，对已有的航摄影像进行数据解算，得到任务区的正射影像成果，然后在正射影像的基础上，结合测区范围线，按照500 m 的间隔均匀布设像控点，对于拐角处加密布设像控点。然后将布设的点位与正射影像叠加，提供给外业进行像控点的测量。基于正射影像，可对像控点测量路线进行规划，然后进行像控点的喷涂与测量。在喷涂时，靶标形状为“L”，半径为50 cm，然后进行像控点坐标的测量。本次共布设像控点30 个，实际测量30 个。为了后期成果精度检测的需要，本次采集房角点25 个，丈量房屋边长20 条。

3.2 航线规划与倾斜摄影

将任务区范围线导入到航线规划软件中，设置地面影像采样分辨率为1.5 cm，航向外扩2 条基线，旁向外扩2 条航带，航向、旁向重叠度分别为85%和80%，选用下视焦距为35 mm，侧视为50 mm 的5 拼倾斜相机，侧视与下视夹角为45°。设置好参数后，一键提交，自动生成航线。在影像数据采集前，先对无人机设备全面进行检查，确保内存卡、相机等正常工作，然后在起飞环境安全时，完成无人机的起飞以及影像数据的航摄。在获得航摄影像后，第一时间对影像的质量进行了检查，影像清晰，对比度强，色彩鲜明，成果质量可以满足项目要求，POS 数据和影像数据对应完整，数据成果质量整体良好，可用于后续空三解算和实景三维模型的生产。

3.3 空中三角测量解算

本次倾斜数据解算选用瞰景Smart3D 软件。首先对影像数据和POS 数据进行整理，利用重命名软件，对影像名字进行更改，确保5 镜头数据，每张影像名字是唯一的，然后对POS 进行更名，确保POS 和影像对应准确。然后新建工程，加载影像数据和导入POS 数据，手动输入每个相机的相机焦距。之后提交空三任务，开启电脑上的引擎，完成空三数据的解算。解算完成后，对空三成果进行查看，无分层、弯曲问题。设置像控点坐标系统并导入像控点，进行像控点的转刺。根据像控点在像片上的位置，软件采用不同的颜色对其进行了表示，本次只选择转刺像控点位于影像中心区域的点位，这样可以降低影像畸变带来的误差。待所有像控点转刺完成后，提交平差任务，完成加密点坐标从相对坐标转换到绝对坐标。查看平差报告，像控点三维中误差为0.005 m，精度良好，可直接用于三维模型的生产。

3.4 实景三维模型生产

三维模型的生产涉及多视影像密集匹配、不规则三角网构建、白膜生成、纹理映射和格式转换。首先基于空三加密成果，采用多视影像密集匹配算法，匹配得到稠密的三维离散点坐标；其次按照不规则三角网的构网原则，构建不规则的三角网，形成白膜；然后按照摄影测量中的共线方程以及影像的外方位元素，将三角网上的3个点坐标投影至影像的像方坐标系中，从而得到带有真实纹理的三维模型成果。在数据生产中，首先设置框架坐标系统，选择瓦片切块方式和设置瓦片大小，设置分块原点和模型原点，选择模型输出格式，提交建模任务，完成实景三维模型的生产。本次生产的部分三维模型如图3 所示。

图3 实景三维模型成果

3.5 地籍测绘

3.5.1 基于实景三维模型

本次地籍测绘选用EPS 软件，首先将OSGB 格式的模型和元数据XML 文件导入到EPS 软件中，快速得到DSM 模型索引文件，然后加载DSM 到EPS 中，进行地籍测绘，并利用模型生成得到0.05 m 的真正射影像，一并加载到EPS 软件中，在DSM 上对房屋和宗地进行采集，并将采集的成果套合到真正射影像上，对成果质量进行查看，有采集不合适的及时进行修改。由于目前倾斜摄影的局限性和三维建模软件的缺陷，自动化生产的三维模型，部分区域存在模型拉花变形，对于这种的房屋和宗地，在进行地籍测绘时，不能对其进行采集，因为其精度无法满足项目要求，只对精度不足区域进行标注；对于模型完整、未拉花的区域，直接在模型上完成地籍图的采集和制作。对于有房檐的，采用EPS 中的房檐改正工具，对房檐进行改正。

3.5.2 基于虚拟立体像对

由于模型拉花导致的精度不足问题，可采用空三进行地籍测绘。首先从Smart3D 软件中导出所有影像的外方位元素和内方位元素，并导出未畸变照片。然后将其恢复到立体测图软件中，将在模型上采集的地籍成果导入立体测图软件中，找到标注的区域，在立体环境下，基于虚拟立体像对，对该部分区域的宗地和房屋进行采集，得到完整的地籍成果。

3.6 精度检测与分析

本次对25 个房角点精度进行检测，部分检测数据见表1，其中DX 代表2 个点在X 方向上的较差，DY 代表2个点在Y 方向上的较差，DS 代表2 个点之间的较差（直线距离）。

表1 房角点精度统计表

表2 界址点不同等级精度规定cm

对20 条房屋边长精度进行检测，得到的边长较差折线图如图4 所示，其纵轴单位为cm。

图4 房屋边长较差折线图

目前地籍测绘中，其界址点不同等级精度规定见表2。

对本次检测点和房屋边长精度统计分析后可知，采用本文方案生产的地籍图，其界址点中误差为±7.6 cm，房屋边长平均值为12.2 cm，其精度可以满足界址点二级精度要求，且所有检测点和房屋边长的较差均为粗差，成果精度均匀。

4 创新应用

传统的指界确权工作，必须权属人双方本人到现场进行指界。在农村，由于外出务工人口多，且农忙时期家中无人，导致指界确权工作很难推进。针对这种问题，本文充分发挥了实景三维模型的优势，将实景三维模型用于指界确权。实景三维模型是将实地缩放到电脑上，真实地还原了实地情况，基于模型确权和实地确权完全一致。对于外出务工人员，可通过村委会联系，对其进行预约，在闲暇时完成指界确权的工作。对于未外出的，也无需挨家挨户进行指界确权，可在村委会集体进行指界确权，可以有效提升指界确权工作，为房地一体项目的高效开展提供保障。

5 结束语

本文分析了倾斜摄影技术，并将该技术用于地籍测绘，并着重对其中的关键技术进行了分析，并采用实景三维模型和虚拟立体像对相结合的方式生产地籍成果，并将实景三维模型成果用于指界确权，极大地提升了农村地籍测绘的作业效率，有效解决了入户难的问题，提升了农民的配合度，保障了指界确权工作的顺利推进。