倾斜摄影测量在农村不动产测绘中的应用

崔秀峰,孟庭伟

(南京市测绘勘察研究院股份有限公司,江苏 南京 210019)

0 引 言

近几年全国各地陆续开展了农村不动产权籍调查工作,一些地方的宅基地数量大、房屋建筑密集,部分隐蔽界址点人员无法到达,还存在一些长期无人居住的房屋,数据成果为二维表现形式,对三维空间的不动产信息难以做到精细、准确、直观的管理[1]。

目前农村不动产测绘主要采用的测量方法有全解析法、三维激光扫描法和倾斜摄影测量法。全解析法具有成图精度高的优点,但在一些人员无法到达的隐蔽处,很难进行测量[2],该法需全野外实地测量,要开展大量的外业工作[3],工作效率低、成图周期长,不能满足快速成图的时间和成本要求;三维激光扫描法具有数据获取速度快、测量精度高、主动性强、全天候工作等优势[4],模型数据和点云数据也可在项目后期辅助检查工作,但人工勾绘过程会有局部地形精度损失且设备价格高,技术难以普及[5];倾斜摄影测量法具有数据密度大、测量精度高、外业采集高效、地物信息丰富、易于数据检查的优点[6-8],但也存在一些不足,如建筑物在倾斜影像中几何变形、数据冗余等,在建筑物密集区域会存在地物遮挡现象。

本文以“南京市江宁区农村不动产权籍调查项目”为研究对象,利用无人机倾斜摄影测量技术,快速获取测区实景三维模型,并基于模型进行内业立体采集,短时间内得到高精度地形图。有效解决了项目工期短、任务量大的问题,且成果精度满足了技术设计要求,符合国家规范。

1 倾斜摄影测量

1.1 倾斜摄影测量技术

倾斜摄影测量技术(Oblique Photography Technique)是指利用多台传感器从不同的角度对测区进行数据采集,快速、高效获取可真实反映地面客观情况的海量数据信息,满足人们对三维信息的需要[9]。目前多采用5镜头的倾斜摄影相机,从1个垂直、4个倾斜的多个角度同时拍摄获取影像。利用影像和POS数据,实现三维实景模型的重建,立体还原地形、地物的原貌,通过内业数据采集,得到测区的高精度数字地形图,大幅减少了外业人员的工作量,提高了工作效率[10]。

倾斜摄影测量的关键技术要点是根据不动产测绘的精度要求设置航测设备的技术参数,即根据测区的地形地势信息、影像地面分辨率、飞行区域管制调度信息、倾斜数字航摄仪的技术参数等信息,设定航高、像片重叠度、飞行速度等指标,以实现影像所需的地面分辨率[11]。

1.2 总体技术路线

1.2.1 测区概况

以淳化街道新兴社区农村建设用地范围为研究区域,区域内农村宅基地和集体建设用地共计1 450宗,面积约0.93 km2,主要包括房屋、道路、耕地和池塘等,村庄内建筑物密集、错综复杂,呈集中连片分布,多为1～2层房屋(图1)。

图1 测区部分影像图

1.2.2 倾斜摄影测量技术路线

本项目的总体技术路线如图2所示。

图2 总体技术路线图

1.3 关键技术流程

1.3.1 野外像控点布设

为保障数据成果质量,满足点位精度要求,像控点的布设密度应满足每平方公里内不少于100个,特殊地区要相应的加密像控点。全区共布设像控点126个(图3)。

图3 部分像控点分布图

1.3.2 无人机倾斜摄影

项目采用大疆经纬M600pro作为航空摄影平台,搭载徕卡RCD30倾斜数字航摄仪进行航摄。根据摄区地形特点,利用SRTM 90m DTM计算航摄分区内最低点高程,取该点高程作为航摄分区基准面高程,由于地面分辨率越大,模型精度越差;地面分辨率越小,模型精度越高[12]。为满足精度要求,要确保摄区内最低点分辨率优于0.015 m。使用航摄仪自带的航线设计软件Mission Pro进行航线设计,使其满足航向重叠度85%,旁向重叠度75%的设计要求。

使用航摄仪自带的后处理软件,完成航摄数据的下载、解压、格式转换、POS数据解算、EO生成以及航摄数据的检查工作,为后续三维建模提供标准化数据。

1.3.3 空三加密与三维建模

先通过ContextCapture Center Master多角度空三加密系统自动进行空三区域内的点匹配,再根据匹配结果和初始外方位元素进行区域网平差,利用外业像控点进行约束空三,恢复模型间的空间位置关系,建立三维模型,检查模型质量。

1.3.4 不动产测绘

(1)多窗口真立体采集环境

考虑到裸眼三维采集精度不足的难题,本项目将三维模型转换为立体点云,并以计算机、立体显示器、立体眼镜等设备为基础自主研发,搭建多窗口真立体采集环境,点云窗口下利用截面法高精度采集地形、地籍与房产要素,2.5维窗口下精确判断房屋楼层、材质、附属结构类型、面积计算系数等属性信息,实现不动产权籍调查要素的高精度获取。

以LidarFeature计算机、立体显示器、立体眼镜等设备为基础自主研发,搭建多窗口真立体采集环境,具有以下特点:

A.包含立体、矢量、2.5 维、立面等多个窗口,采集作业时,可多窗口联动作业;

B.可通过指定高程值来过滤显示点云,完美展现建筑物等目标轮廓;

C.采集作业时,可自动捕捉点云中心,提高测图效率和精度;

D.软件中嵌入了属性表、符号库,可实现采编一体化。

将倾斜模型osgb格式的数据转换成mylas和index格式的数据,再导入真立体环境进行采集作业,具体操作分为居民地及设施采集和地形要素采集。

(2)居民地及设施采集

选取要采集的房屋范围,在立体窗口平面模式下显示点云数据,打开2.5维视图判读房屋的形状和结构(图4)。

图4 2.5维视图

在立体窗口下过滤出点云,将房子横切到墙体高程面,即可滤去此高程面上下的点云,只显示当前高程的数据。过滤到墙体时,按点云数据用规定的层码逐边采集绘出房边线(图5)。

图5 过滤后的墙体样图

对难以准确判断的部分(隐蔽点、阴影部分、模型变形等),需绘出部分轮廓线,在辨别困难处做出标记,予以说明,由外业进行补测、定位。

(3)地形要素采集

对水田、道路、池塘等地物,利用正射投影,用相应的层码沿影像上的地物边线逐个采集。

(4)外业巡视和补测

将内业立体采编的地形图打印输出,到实地进行巡视检查,重点检查图上标记部分。对内业采集中因影像不清、判断错误、遗漏、三维模型变形和航摄后新增的地物进行补充测量。最终形成高精度1∶500比例尺地形图(图6)。

图6 部分1∶500比例尺地形图

2 精度统计和效率分析

2.1 界址点平面位置精度

采用全站仪采集界址点平面坐标,与图上坐标进行比对,计算界址点平面位置中误差。共生产地形图16幅,分一个批次抽样,样本量为3幅,检测界址点坐标205个,发现粗差7个,其中采集超限点4个,变形点3个,粗差率为3.4%,由式(1)计算得到界址点平面位置中误差为±3.25cm。满足《地籍调查规程》(TD/T 1001-2012)明显界址点中误差±5.0 cm的精度要求。

(1)

式中,M检为检测中误差,n为检测点(边)总数,Δ为较差。

经统计,界址点平面位置精度误差分布区间如表1和图7所示。

表1 界址点平面位置精度误差统计表

图7 界址点平面位置精度误差分布图

2.2 界址点间距精度

界址点间距检测采用手持测距仪测定界址点之间的间距,与图上距离进行比对,计算间距中误差,共检测181条边,粗差边数7条,其中采集超限点4个,变形点3个,粗差率为3.9%,由式(1)计算得到界址点间距中误差为±2.64 cm。满足《地籍调查规程》(TD/T 1001-2012)明显界址点中误差±5.0 cm的精度要求。

经统计,界址点间距精度误差分布区间如图8和表2所示。

表2 界址点间距精度误差统计表

图8 界址点间距精度误差分布图

2.3 地理精度

采用核查分析和比对分析相结合的方法进行检查,检查中发现的问题和质量评定如表3所示。

表3 地理精度检查情况统计表

2.4 工作效率分析

测区共投入10名作业人员,外业6个人,内业4个人,用时18个工作日,共计110个人工天(图9)。同样的地形条件,采用传统全野外数字测图法的作业组(禄口街道测区位于禁飞区内),投入10名外业人员的情况下,用时24个工作日,共计222个人工天。

图9 项目进度横道图

3 结 语

试验证明采用无人机倾斜摄影测量法进行农村不动产测绘,成果精度能够满足规范要求,相较于传统测量方法,工期缩短了25%,人工成本降低了50%,并且能够将50%的外业工作转为内业,降低了因天气原因导致窝工和工期延误风险,项目中采用了多窗口真立体采集环境,提高了立体采集的精度。随着技术进步和无人机航测逐渐平民化,倾斜摄影测量的应用场景将会更加广泛。