倾斜摄影测量在条件复杂区域大比例尺地籍图测绘中的应用

邵瀚 刘心怡 刘冉 黄瑞

摘要：指出了近些年随着航空摄影的发展，倾斜摄影技术已在三维实景模型快速构建中得到广泛应用，针对传统测绘方法难以在西部山区、林区、建筑物密集区等复杂环境下作业的情况，详细描述了倾斜摄影技术应用于大比例尺地籍图测绘的技术流程，根据测区地势起伏特点合理规划了航线并采用变高飞行方案，以获取高精度原始影像数据，该方案外业采集及内业成图自动化程度较高，通过精度统计和分析，验证了该技术方案满足复杂地区大比例尺地籍图测图要求。

关键词：倾斜摄影测量;大比例尺;地籍图;航线设计

中图分类号：P217

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2020）14-0202-04

1 引言

倾斜摄影建模技术是测绘领域近些年发展起来的一项高新技术，通过将多台传感器搭载到飞行平台，从1个垂直、4个倾斜5个不同的视角方向同步采集影像，从而获取被摄物体顶面及侧面的高分辨影像信息[1]，在记录影像信息的瞬间，通过POS系统记录拍照瞬时的三维坐标值、航向倾角、旁向倾角、像片旋角外方位元素信息，利用采集的影像数据和POS数据通过建模软件快速构建实景三维模型[2]。

传统大比例尺地籍图测绘方法主要利用RTK和全站仪实地采集特征点、地物点的三维坐标，再使用行业软件编绘成果图，由于大比例尺地籍图测量要素多、精度要求高，在数据采集阶段要求大量的测绘人员和仪器设备进行实地数据采集，需要投入较高的人力和时间成本[3]。除此以外，在西部山区、林区、建筑物密集区等复杂环境作业，由于卫星信号被阻挡，通视条件较差，使用传统方法测量会导致测量结果误差超限，进一步降低工作生产效率。

近些年随着航空摄影的发展，使得飞行平台搭载五镜头相机采集倾斜数据已较为成熟，也涌现出一系列将倾斜摄影技术应用于地籍测量的成功案列[4]，但绝大多数案例区域多数为平坦区域，在复杂西部山林地区大比例尺地籍圖测图项目中的应用较少，本文以HARWAR MEGA-V8II为飞行平台，搭载总像素1.92亿、五镜头倾斜相机，对复杂场景试验区进行数据采集、模型建立、三维测图、成果精度评价，验证倾斜摄影技术方案是否满足复杂场景大比例尺地籍图测图规范要求[5]。

2 技术路线

基于倾斜摄影测量大比例尺地籍图测绘的主要技术流程包括：资料收集与分析、项目设计测绘书的编制、航飞方案设计、像控点布设、倾斜数据采集、三维实景建模、内业地籍要素采集、质量检查及精度评定等步骤，具体流程图如图1所示。

2.1 航飞设计阶段

航飞设计阶段首先要根据项目成果要求，收集测区已有资料，确定测绘坐标系统，然后根据测区情况制定飞行技术方案，编写航飞项目设计书。飞行技术方案内容包括：确定无人机飞行平台、倾斜摄影相机选择、飞行区域、飞行航高、飞行速度、地面分辨率、航线重叠度和旁向重叠度、航带架次数、照片曝光间隔等问题，同时需要向空管部门进行空域申请。

2.2 像控布设及作业飞行

考虑到大比例尺地籍图成果精度要求高，需要外业工作人员对测区进行实地踏勘，并选择合适的场地以便无人机的起飞和降落。在项目进场前，应当密切关注测区天气状况，选择在能见度高、风速较低、没有降雨的天气条件下开展数据采集作业，同时应当预先布置像控点，像控点布设应满足相应的设计规范要求，航飞人员应与像控布设人员及时对接，在各个航带测区完成像控布设后立即开展数据采集工作，以免布设的像控点被破坏。航摄任务完成后，应及时检查飞行和像片质量是否合格，像片是否虚焦、过曝、丢片，POS数据是否存在缺失记录等问题。

2.3 空三加密及自动建模

三维实景建模内业处理过程中包括影像的预处理、像控点刺点、空三加密计算、点云生成，不规则三角网构建及纹理映射等步骤，由于数据量较多，可以采用多节点联合运算提高处理速度。目前国内外已有多种软件可以对倾斜影像进行自动解算，如ContextCapture、街景工厂、Photomesh等。

2.4 地籍图生产

相比于传统航测的双目立体测图方法，将实景三维模型导入到三维测图软件中，无需佩戴立体眼镜，即可完成建筑物轮廓线的采集，由于建筑物存在屋檐、飘楼、阳台等构件，在传统航测测量时顶面建筑面积往往大于层建筑面积，通过实景三维模型，内业人员可以轻松实现屋檐、阳台、飘楼的改正。除此之外，在采集建筑物轮廓线的同时，可以根据实际三维模型的纹理信息对地物的结构、材质进行类别属性的判别。

2.5 外业补调及属性挂接

基于倾斜摄影测量三维建模的技术方案会存在建筑物遮挡和粘连的问题，当存在建筑物楼间距小、建筑物密集或者建筑物被树木围绕时，这些现象都会导致实景三维模型构建粘连、建筑物拉扯变形或者建模不完整的问题存在。在内业进行建筑物轮廓线采集的同时，需要记录此类问题项，通过外业作业人员对问题项进行实地修补测，若存在房屋结构不规则，存在较小的局部异性构造、折角、弧线等情况，实景三维模型难以精确展示结构的情况下，需要实地现场核实。在房屋地籍信息缺失的情况下需要进行实地属性信息的采集，内业人员在获取到外业修补测数据和地籍信息后需要进行房屋轮廓修改和属性挂接操作。

2.6 成果输出及质量检查

在完成地籍全要素采集和外业修补测工作后，内业人员需要对地籍图进行图幅分幅、出图整饰，并进行自检和互检工作，检查完成后移交质检部门进行过程检查和最终检查。检查内容包括建筑物及其附属构筑物的形状、尺寸、材质等信息是否准确，是否满足《地籍调查规程》TD/T1001-2012的技术标准，在项目部完成了质检工作后，交由项目委托方进行组织验收工作。

3 实验分析

3.1 测区概况

试验区位于重庆市涪陵区清溪镇。总面积约为1.17 km2，地物类型主要包括房屋建筑、道路、树木、耕地等，研究区内地势以低山丘陵为主，东南高而西北低，海拔多在190～310 m之间。测区内新旧建筑物交错分布、房屋密集，楼间距较窄，不规则，大多数房屋巷道无法通车，给传统外业测绘工作带来较大的不便。

3.2 试验过程与结果

试验区使用HARWAR Mega V8II 八旋翼无人机搭载5镜头1.92亿像素倾斜相机，其中下视镜头2400万像素和侧视镜头单个为4200万像素，在空中同时曝光采集5张不同方向的航空影像，航向重叠度和旁向重叠度均为80%。在航线设计前已经获取测区1∶10000地形图资料，制作了测区DEM地形成果，通过分析发现测区沿着河道地势逐步抬升，如图2所示，因此设计飞行航线沿着等高线拟合切线方向飞行，并采用变高飞行模式，保证飞行航高相对目标构筑物保持在90m左右的航高进行数据采集，单个架次飞行时长约为30min，共飞行6个架次，共采集像片数6350张，飞行参数如表1所示，影像分辨率为1.5cm，为保证测区最终地籍图成果满足大比例尺地籍图成图精度要求，在测区范围内布设了66个像控点，像控点平均点间距约为150m，像控点分布如图3所示。

将采集的影像通过预处理操作导入到Context Capture建模软件进行影像匹配、空三计算、生成密集点云、构建不规则三角网、纹理映射等步骤，最终生成实际三维模型和正射影像。生成的实景三维模型如图4所示。

将生成的模型导入到三维成图软件EPS中，根据三维实景模型完成道路、建筑物及其附属设置、地貌、水系、独立地物、植被等要素的矢量化采集工作，对模型上看不清的部分通过外业调绘补测，地籍图成果执行《国家基本比例尺地形图图式 第一部分：1∶500 1∶1000 1∶2000地形图图式》（GB/T 20257.1-2007）、《地籍调查规程》（TD/T1001-2012）等规范要求进行符号化、编辑处理和出图整饰，最终数字线划图如图5所示。

3.3 精度分析与评价

测绘成果的精度分析与评价主要采用外业使用全站仪实地测量特征点作为检查点和内业图上采集特征点进行对比的方法，主要檢查点包括建筑物、道路、花坛、楼梯等特征较为冥想的构筑物。针对测区范围，共采集了24个检查点，均匀分布与整个测区。检查点的误差情况和统计表表2、表3所示。

通过表2、表3分析可以得出检查点中误差为0.17m。基于倾斜摄影测量大比例尺地籍图测绘精度满足《地籍调查规程》TD/T1001-2012中地物点相对于邻近控制点的点位误差标准要求，检查点分布合理，测绘精度真实可靠。该评定结果表明，基于倾斜摄影测量技术的地籍图测量方案可用于大比例尺地籍图测绘。

4 结语

本文采用无人机搭载倾斜五镜头系统进行数据采集，针对西部山区地形地貌起伏特点，合理规划航飞区域并采用变高飞行模型，始终保证无人机设计航高距离目标地物90 m左右相对航高，结合地面预先布设的像控点，保证了原始影像数据及实景模型成果质量。内业人员无需佩戴立体眼镜既可以采集三维信息，有效减少了外业工作量。通过对测量成果精度统计及分析，可以看到倾斜摄影技术在大比例尺地籍图中的精度可以满足相关规范标准，相比于传统的测量方法和技术流程，本文提供了一种高效率、低成本的测量技术方案，弥补了传统测量技术方案在条件复杂区域作业困难的不足，同时也为今后倾斜摄影技术应用在大比例尺地籍图测量提供了设计参数和技术参考。

参考文献

[1]姜丽丽， 李晓双， 刘红军. 基于倾斜摄影测量1∶500比例尺地形图测绘的关键技术研究[J]. 测绘与空间地理信息， 2019，42（6）：189～191.

[2]王 莹， 谢 飞， 吴弦骏， 等. 倾斜三维实景模型在大比例尺地形图测绘中的应用[J]. 测绘通报， 2019（S1）：290～294.

[3]郭 岚， 王春涛， 赵元务. 无像控无人机倾斜摄影测量在农村地籍测量中的应用[J]. 测绘与空间地理信息， 2019，42（4）：216～218.

[4]黎其添. 基于倾斜摄影测量的大比例尺地形图测绘及精度评定[J]. 测绘通报， 2019（S1）：143～146.

[5]马 银， 郑国强， 姚国标， 等. 基于倾斜摄影的大比例尺地籍测量及精度验证[J]. 测绘工程， 2019，28（1）：67～72.