倾斜摄影测量在农房不动产中的应用

庞长有 王奎 李忠朋

（1.河南思拓力测绘科技有限公司，河南 郑州 450000；2.洛阳申达测绘工程有限公司，河南 洛阳 471000）

1 引言

多年来，地形测绘、地籍调查等主要采用人工实地采集方式开展，国家投入大量人力、物力，但这种投入已不能满足国家发展需要。区域的发展速度远远超过测绘速度，测绘成果难以满足现代生产生活需求。随着科技的发展，测绘行业对地理信息数据的精确性、时效性要求越来越高，人工和时间成本给行业带来了巨大压力和负担。倾斜摄影测量是近年来兴起的一项新技术，能够更真实、快速地反映地面客观情况，同时高效的三维建模极大满足了人们对三维信息的需求，具有效率高、成本低、数据准确、操作灵活等优势[1]。

2 倾斜摄影测量的技术特点及关键技术

2.1 倾斜摄影测量的技术特点

（1）反映地物真实情况，且能对地物进行测量。利用倾斜摄影测量技术获得的三维数据可真实反映地物的外观、位置、高度等属性，增强了三维数据的真实感，弥补了传统人工模型仿真度低的缺点[2]。

（2）高性价比。倾斜摄影测量数据是带有空间位置信息的可测量影像数据，能同时输出DSM、DOM、DLG 等成果，满足传统航空摄影测量且能获取更多数据。同时，使用倾斜影像批量提取及贴纹理的方式，能有效降低城市三维建模成本。

（3）高效率。倾斜摄影测量技术借助航测无人机等可快速采集影像数据，实现全自动化三维建模。实验证明：利用传统测量方式1 ～2 年完成的中小城市人工建模工作，借助倾斜摄影测量技术只需3 ～5 个月[3]。

2.2 倾斜摄影测量的关键技术

2.2.1 多视影像联合平差

多视影像包含垂直摄影数据、倾斜摄影数据。部分传统空中三角测量系统无法较好处理倾斜摄影数据，因此，多视影像联合平差需考虑影像间的几何变形和遮挡关系。结合POS 系统提供的多视影像外方位元素，采取由粗到精的金字塔匹配策略，在每级影像上进行同名点自动匹配和自由网光束法平差，得到较好的同名点匹配结果。同时，建立连接点和连接线、控制点坐标、GPU/IMU 辅助数据的多视影像自检校区域网平差的误差方程，通过联合解算确保平差结果的精度。

2.2.2 多视影像密集匹配

影像匹配是摄影测量的基本问题之一，多视影像具有覆盖范围大、分辨率高等特点。如何在匹配时充分考虑冗余信息，快速准确获取多视影像上的同名点坐标，进而获取地物的三维信息，是多视影像匹配的关键。单独使用一种匹配基元或策略难以获取建模需要的同名点，因此，近年来多基元、多视影像匹配逐渐成为人们研究的焦点，且已取得较大进展，如建筑物侧面的自动识别与提取。通过搜索多视影像上的特征，如建筑物边缘、墙面边缘和纹理，来确定建筑物的二维矢量数据集，影像上不同视角的二维特征可转化为三维特征。在确定墙面时，可设置若干影响因子并给予一定权值，将墙面分为不同的类，将建筑的各个墙面进行平面扫描和分割，获取建筑物的侧面结构，再对侧面进行重构，提取建筑物屋顶的高度和轮廓。

2.2.3 数字表面模型生成和真正射影像纠正

多视影像密集匹配能得到高精度、高分辨率的数字表面模型DSM，充分表达地形地物起伏特征，是新一代空间数据基础设施的重要内容。由于多角度倾斜影像间的尺度差异较大以及遮挡和阴影等问题，基于倾斜影像自动获取DSM 较难，可根据自动空三解算的各影像外方位元素，选择合适的影像匹配单元进行特征匹配和逐像素级的密集匹配，引入并行算法，提高计算效率。在获取高密度DSM 数据后，进行滤波处理，将不同匹配单元进行融合，形成统一的DSM。多视影像真正射纠正涉及物方连续的数字高程模型、大量离散分布粒度差异大的地物对象以及海量的像方多角度影像，具有典型的数据密集和计算密集特点。在有DSM 的基础上，根据物方连续地形和离散地物对象的几何特征，通过轮廓提取、面片拟合、屋顶重建等方法提取物方语义信息；同时在多视影像上，通过影像分割、边缘提取、纹理聚类等方法获取像方语义信息，再根据联合平差和密集匹配结果建立物方和像方的同名点对应关系，继而建立全局优化采样策略和顾及几何辐射特性的联合纠正，同时进行整体匀光处理。

3 倾斜摄影测量在农房不动产中的应用

3.1 项目概述

为检验倾斜摄影测量在农房不动产中的使用效果，测试以固定翼无人机为载机时，睿铂DG4pros 五镜头相机获取的素材生产的模型，能否在不使用控制点的条件下，满足此次农村不动产测绘工作的要求。

项目位于河南省信阳市罗山县尤店乡罗洼村，测区整体地势平坦，总面积约0.2 平方千米，建筑多为1 ～3 层低矮房屋，地形高差在30 米以内，地物类型包含低矮房屋、农田、树林及池塘等。

3.2 技术流程

项目技术流程如图1 所示。

图1 技术流程

3.2.1 外业采集

（1）准备工作

踏勘测区，根据测区情况按照无人机航摄作业要求和无人机航摄系统技术要求，制定合理的航飞计划和测量技术方案，合理调配人员和仪器。施测前检校所有仪器，检核控制点数据，并对测图软件、数据采集软件及其全部通信连接进行试运行检查，确保无误。收集整理测区已有的测绘成果，包括控制成果点不少于4 个，当地CORS 和测区的谷歌影像图。倾斜摄影飞行计划按照要求布设正射影像，以及4 个不同方向的倾斜影像设置飞行航线。

（2）飞行的质量要求

倾斜影像的产品规格要求如表1 所示。

表1 倾斜影像的产品规格

像片重叠度应满足以下要求：航向重叠度一般应为60%～80%，最小不应小于53%；旁向重叠度一般应为60%～80%，最小不应小于60%。航向覆盖超出摄区边界线应不少于两条基线。旁向覆盖超出摄区边界线应不少于像幅的50%；在便于施测像片控制点及不影响内业加密时，旁向覆盖超出摄区边界线不少于像幅的30%。

航摄中出现的相对漏洞和绝对漏洞均应采用前一次航摄飞行的数码相机及时补摄，补摄航线的两端应超出漏洞之外两条基线[4]。

（3）影像质量要求

①影像要清晰，层次丰富，反差适中，色调柔和；可辨认出与地面分辨率相适应的细小地物影像，建立清晰立体模型。②影像上不应有云、云影、烟、大面积反光、污点等缺陷。如存在少量缺陷但不影响立体模型的连接和测绘，可用于测制线划图。③因无人机低速影响，在曝光瞬间造成的像点位移一般不应大于1 个像素，最大不应大于1.5 个像素。④拼接影像应无明显模糊、重影和错位现象。

（4）像控点的布点、选点方案

像片控制测量是在测区实地测定用于空中三角测量或直接用于测图定向的像片控制点平面位置和高程。像片控制测量的布点方案为全野外布点和特殊情况布点。全野外布点是指正射投影作业、内业测图定向和纠正作业所需的全部控制点均由外业测定。这种方案大比例尺成图精度较高，但外业工作量大、生产成本高。

（5）外业像控点采集

根据初选控制点进行像控点布设，同时采集平高点坐标。外业像控点的采集按照“先整体后局部，先控制后碎部”的原则进行，在首级控制点和加密点基础上，使用GPS RTK 采集像控点坐标。

3.2.2 内业处理

（1）数据预处理

将外业航飞采集的影像数据导入预处理软件，检查测区内重叠度及照片质量。对于重叠度不合格及照片质量不达标的架次及时重飞。

（2）Smart3D 软件三维建模

将预处理好的数据导入Smart3D 软件进行数据处理。经过空三计算、刺点、模型生产等步骤，生成osgb 格式的三维模型。

（3）三维立体测图

EPS 三维测图软件是山维科技基于自主知识产权的GIS 数据平台研发的三维矢量采编软件，支持osgb格式的三维模型数据一键导入，提供三维编辑工具，基于三维模型进行立体测图，三维模型如图2 所示。

图2 三维模型

采用EPS 地理信息工作站基础平台进行裸眼3D立体测图，测绘与地理信息角度构建数据模型，综合 CAD（计算机辅助设计，图形绘制平台）技术与 GIS（地理信息系统，空间数据管理）技术，以数据库为核心，将图形和属性融为一体，从数据生产源头支持测绘的信息化转变。立体采集工作流程如图3 所示。

裸眼3D 信息采集对于信息化的DLG 数据，表现在完全面向对象的动态符号化且一套数据二三维符号化一致、图属一体化、图库一体化。地理要素均用骨架线+属性描述方式表示，满足GIS 建库与应用需求，在显示与打印环节动态符号化，满足图式规范与制图需求。

按模型进行全要素采集，做到不变形、不移位、无错漏。采集依比例及用符号表示的地物时，应以测标中心切准轮廓线或拐点连接，采集不依比例尺表示地物时，以测标中心切准基点、结点、定位线。模型不清楚无法准确定位时，需在相应位置做标记以便补测。

图3 立体采集工作流程

3.3 相对精度验证

项目使用皮尺和激光测距仪实测房屋21 栋，实测数据与模型上测量数据对比如表2 所示。实地测量时，某些房屋不便测量，因而一些房屋测量的数据组不一致。

表2 实测数据与模型测量数据对比（单位：m）

由表2 可知，在添加控制点的模型中，房屋尺寸与实测尺寸中误差DS1=0.0363 m，未添加控制点的模型中，房屋尺寸与实测尺寸中误差DS2=0.0418 m，两者均满足DS ≤10 cm 相对精度要求，但添加控制点的模型相对精度略优于未添加控制点的模型。

4 总结

倾斜摄影测量将基于立体像对和点特征的传统摄影测量技术推向了基于多视影像和对象特征的实时摄影测量技术。基于倾斜摄影测量的优势可以得出以下结论：

①倾斜摄影测量技术可以替代传统的农房不动产作业模式，且精度满足规范要求，效率高，节约成本，利于提高企业效益。

②倾斜摄影测量所得影像数据可以转化成DLG、D0M 与DSM 等不同数据格式，且能对数据进行矢量化等操作，增加了其使用范围，满足不同的工程需要。

③倾斜摄影测量技术具有高效率、高真实性，以及快速获取海量空间数据的特点，倾斜摄影测量数据处理过程中对于影像数据的匹配和整体三维模型的表达将趋于成熟，需研究出高精度的影像数据匹配方法，去除冗余信息，提高运行效率，增强建模实体效果。

④现代计算机、网络和通信技术的飞速发展，使得无人机倾斜摄影测量技术在农房不动产测量中得到充分应用，提高了工作效率，保证了数据的准确性，改进了原有技术流程，节约了测量调查成本。