基于無(wú)人機(jī)傾斜攝影建模方式進(jìn)行大比例尺數(shù)字測(cè)圖

一、項(xiàng)目概述

目前農(nóng)村地籍調(diào)查的主流做法主要是參考大比例尺地形圖、高分辨率無(wú)人機(jī)影像，運(yùn)用全球定位系統(tǒng)、全站儀采用數(shù)字地籍測(cè)量技術(shù)和方法開展大比例尺土地權(quán)屬調(diào)查和地籍測(cè)繪，獲取界址點(diǎn)的房角點(diǎn)、墻角點(diǎn)的坐標(biāo)。

隨著傾斜攝影技術(shù)的快速發(fā)展，如何利用建立的實(shí)景三維模型生產(chǎn)大比例尺地形圖（1:500）、進(jìn)一步拓展成果應(yīng)用領(lǐng)域如地籍測(cè)量等成為行業(yè)要探索的一個(gè)問題。我單位決定聯(lián)合深圳飛馬機(jī)器人科技有限公司對(duì)和碩縣清水河農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行一個(gè)小范圍的低空高分辨率傾斜攝影建模與地籍測(cè)圖生產(chǎn)試驗(yàn)，目的是為了驗(yàn)證D200+D-OP300（5*A6000）傾斜測(cè)量模型精度，為單位進(jìn)一步展開今后的地籍測(cè)量、不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪、大比例尺地形圖測(cè)繪提供新的技術(shù)手段。

二、測(cè)區(qū)概況

測(cè)區(qū)位于新疆和碩縣清水河農(nóng)場(chǎng)，測(cè)區(qū)位于和碩縣縣城以南，地勢(shì)平坦，交通便利，測(cè)區(qū)面積0.364km2，主要為低層規(guī)則建筑，地物特征明顯。

圖1 測(cè)區(qū)谷歌影像圖

三、航線規(guī)劃

D200+D-OP300（5*A6000）傾斜數(shù)據(jù)按照1.4cm分辨率（下視鏡頭），航向80%、旁向70%設(shè)計(jì)、飛行高度89m、航線間距25米，拍照間距11米，空速8米/秒、設(shè)計(jì)里程30.5km，飛行2個(gè)架次，航線示意圖如下：

圖2 D200五相機(jī)傾斜航線

四、像控點(diǎn)及檢查點(diǎn)布設(shè)方案

4.1 控制點(diǎn)方案設(shè)計(jì)

測(cè)區(qū)按照平均間距150米布設(shè)像控點(diǎn)，控制點(diǎn)盡量選取空曠無(wú)遮擋的地方，像控點(diǎn)分布位置示意圖見下圖：

圖3 像控點(diǎn)分布位置示意圖

4.2 像控點(diǎn)靶標(biāo)設(shè)計(jì)

靶標(biāo)按照矩形設(shè)計(jì)（如下圖），用白色或紅色乳膠漆刷在地面硬質(zhì)石頭或路面上，靶標(biāo)尺寸為60cm*60cm。

圖4 靶標(biāo)設(shè)計(jì)

4.3 像控點(diǎn)和檢查點(diǎn)的測(cè)量

4.3.1 像控點(diǎn)

像控點(diǎn)采用RTK進(jìn)行測(cè)量，基準(zhǔn)站設(shè)置和航飛基站采用同一個(gè)，測(cè)量全部使用腳架進(jìn)行對(duì)中整平測(cè)量，測(cè)量位置需在靶標(biāo)的幾何中心位置，并做好點(diǎn)之記。

圖5 像控點(diǎn)的測(cè)量

4.3.2 檢查點(diǎn)

傾斜模型平面精度檢查點(diǎn)，選取地面上的明顯地物（如：馬路標(biāo)線等地物）使用RTK進(jìn)行測(cè)量，帶房檐的房屋使用全站儀進(jìn)行測(cè)量，高程精度檢查選取路面、水泥地面等平整的地面使用RTK進(jìn)行測(cè)量。

五、組織實(shí)施

5.1 人員投入

飛行技術(shù)人員2人，外業(yè)測(cè)量人員2人，內(nèi)業(yè)編輯人員3人。

5.2 航攝設(shè)備

本項(xiàng)目采用旋翼無(wú)人機(jī)進(jìn)行低空數(shù)據(jù)采集，利用多個(gè)起降架次完成測(cè)區(qū)傾斜攝影測(cè)量數(shù)據(jù)的覆蓋。

表1 航攝設(shè)備情況表

5.3 實(shí)景三維建模軟硬件

數(shù)據(jù)處理采用ContextCapture Center Master軟件（以下CCC）軟件進(jìn)行傾斜航空影像數(shù)據(jù)處理，生產(chǎn)實(shí)景三維模型。以下為建模所用硬件配置表：

表2 硬件環(huán)境配置表

5.4 大比例尺測(cè)圖軟件

本次測(cè)試基于實(shí)景三維模型數(shù)據(jù)，使用EPS2016大比例尺測(cè)圖軟件，進(jìn)行點(diǎn)、線、面等矢量信息采集，提取地面要素輪廓，并獲取矢量數(shù)據(jù)。

5.5 其他作業(yè)設(shè)備

作業(yè)用車輛，GPS、全站儀、筆記本圖形工作站等。

5.6 取得成果

實(shí)景三維模型一套（數(shù)據(jù)格式為OSGB）；

六、項(xiàng)目實(shí)施技術(shù)路線

項(xiàng)目實(shí)施分為數(shù)據(jù)采集、ContextCaptureCenter Master數(shù)據(jù)處理和EPS2016測(cè)圖三個(gè)階段，并對(duì)成果進(jìn)行精度檢測(cè)。

圖6 項(xiàng)目技術(shù)路線圖

七、工作實(shí)施情況

7.1 航攝參數(shù)及航飛情況

此次航飛的總體技術(shù)情況如下表所示：

表3 航飛總體情況技術(shù)表

7.2 數(shù)據(jù)空三處理

測(cè)區(qū)共獲取了12665張?jiān)赾cc軟件中處理空三速度較慢，本次數(shù)據(jù)處理將測(cè)區(qū)劃分為2個(gè)區(qū)塊分別進(jìn)行空三處理，最后對(duì)模型進(jìn)行合并。

7.3 實(shí)景三維模型生產(chǎn)

將空三成果導(dǎo)入CCC工作流，通過(guò)劃分模型格網(wǎng)，采用10組計(jì)算機(jī)同步生產(chǎn)模型數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)像對(duì)匹配、形成格網(wǎng)、設(shè)定格網(wǎng)大小、自動(dòng)貼圖、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、模型合并等流程，生產(chǎn)出測(cè)區(qū)的實(shí)景三維模型成果（OSGB格式），容量為19.9G，詳細(xì)如下：

圖7 測(cè)區(qū)實(shí)景三維模型成果

圖8 模型細(xì)節(jié)圖

7.4 大比例尺測(cè)圖

項(xiàng)目區(qū)測(cè)圖采用EPS2016測(cè)圖軟件對(duì)生成實(shí)景三維模型（OSGB格式）轉(zhuǎn)化為DSM格式數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)入，本次測(cè)試采集有房檐的房屋，采用五點(diǎn)房交會(huì)法和直接從模型采集房角方法分別獲取房角點(diǎn)的平面坐標(biāo)，高程精度檢查使用模型直接進(jìn)行采集。為了避免測(cè)圖人為原因產(chǎn)生的誤差，測(cè)圖分別由兩個(gè)作業(yè)員單獨(dú)完成，并進(jìn)行精度比對(duì)。

圖9 EPS2016軟件中進(jìn)行測(cè)圖

7.5 精度檢測(cè)

實(shí)景三維模型生產(chǎn)完畢后，使用RTK采集的平面和高程檢查點(diǎn)點(diǎn)作為模型檢核點(diǎn)，使用全站儀采集的有房檐的房屋房角點(diǎn)進(jìn)行模型絕對(duì)精度檢測(cè)，精度驗(yàn)證表詳情見附表。

八、總結(jié)

本項(xiàng)目采用測(cè)繪領(lǐng)域最新的傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，充分利用傾斜攝影的自動(dòng)化空三與建模優(yōu)勢(shì)，在較短的時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)出了高質(zhì)量、高精度的模型成果，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了大比例尺數(shù)字測(cè)圖，技術(shù)路線可行，產(chǎn)品精度符合農(nóng)村地籍調(diào)查界址點(diǎn)精度相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，可應(yīng)用于農(nóng)村土地確權(quán)、不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪等領(lǐng)域。將大部分野外測(cè)繪的測(cè)圖工作轉(zhuǎn)變?yōu)榱藘?nèi)業(yè)工作，可大量減少外業(yè)人員的工作強(qiáng)度，提高了工作效率。就本次項(xiàng)目遇到的問題和總結(jié)如下：

1、本次測(cè)試范圍較小僅有0.36平方公里，由于鏡頭、電池等硬件能力所限，要達(dá)到0.05米以上測(cè)圖精度，飛行高度低，航片數(shù)量大，像控點(diǎn)數(shù)量多，建模效率較低；

2、由于原片數(shù)量大，重疊率高，像控點(diǎn)數(shù)量多，在空三處理過(guò)程中，在軟件中人工添加像控的工作量巨大。如果能把重疊飛至航向70%、旁向70%，原片數(shù)量可減少四分之一左右，模型質(zhì)量、精度、像控點(diǎn)的布設(shè)方案還有待研究，需要進(jìn)行進(jìn)一步地測(cè)試；

3、遮擋問題，由于傾斜鏡頭與下視鏡頭呈45°夾角，因此拍攝時(shí)樹冠的冠幅會(huì)遮擋部分地面要素，影響測(cè)圖判讀。因此較適合在秋冬季落葉后或植被較稀疏地帶的完成測(cè)圖任務(wù)；

4、內(nèi)業(yè)測(cè)圖過(guò)程中不同的作業(yè)人員采集的精度也是有差別的，作業(yè)人員的作業(yè)水平還有待提高；

5、EPS2016中測(cè)圖，使用五點(diǎn)房交會(huì)法測(cè)出的房屋角點(diǎn)和直接從模型上采集的房角點(diǎn)精度區(qū)別較大，經(jīng)分析在EPS中使用五點(diǎn)房采集房屋時(shí)，軟件會(huì)自動(dòng)將房屋全部直角化，這可能會(huì)帶來(lái)誤差。在建模質(zhì)量較高區(qū)域，反而在模型上直接拾取房角點(diǎn)精度較高。

本次測(cè)試基于無(wú)人機(jī)傾斜攝影建模方式進(jìn)行大比例尺數(shù)字測(cè)圖，技術(shù)路線可行，試驗(yàn)精度滿足1:500大比例尺測(cè)圖精度要求，可應(yīng)用于農(nóng)村土地確權(quán)、不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪等領(lǐng)域。今后的工作應(yīng)進(jìn)一步完善與優(yōu)化大比例尺測(cè)圖整體解決方案，細(xì)化工作流程。