无人机倾斜摄影测量技术在房地一体项目中的应用

李国旗

(山东无形信息技术有限公司,山东 泰安 271000)

0 引言

传统的地籍测量是利用全站仪、GPS-RTK、钢尺等设备进行坐标点采集与长度量测,并将其绘制在草图上,结合采集的坐标点与量测长度,参照草图,在CASS软件中进行电子图的绘制。这种作业方式外业工作量大,对于房屋长度的量测需要入户完成,作业进度缓慢,长期外业风险较高,作业成本高[1-3]。针对这些问题,提出使用倾斜摄影测量方式进行地籍图的生产,以实际项目为例,验证了该作业方案的可行性。利用外业采集的特征检测点,对倾斜摄影方式生产的地籍图精度进行检测,结果表明,外业采集的15个特征检测点最大平面点位误差为7.6 cm,中误差为5.9 cm,满足地籍图二级7.5 cm精度要求,可作为一种高效的方式进行地籍图的生产。

倾斜摄影是在飞行器上搭载多台影像传感器,从空中对地面进行多角度、全方位影像数据的获取[4-6]。目前,常见的飞行器是无人机,而搭载的多台传感器主要有5镜头、3镜头及2镜头等。以5镜头为例,其由4个侧视相机与1个下视相机组成。侧视相机主要从侧面获取被摄物体的信息,下视镜头则是垂直对地面物体进行拍摄,这样获取的地物信息更加丰富,盲区更少[7-8]。5镜头相机的下视与侧视夹角通常为45°,在摄影测量中获取影像的分辨率与航高、焦距等有关。同款相机,当参数一致时,侧视相机与被摄物体的距离是下视相机的1.4倍,这样获取的影像分辨率不一致,不利于数据解算。为了获取的影像分辨率一致,需对下视相机进行调焦,令侧视焦距为下视相机焦距的1.4倍,以获取相同分辨率的影像。

采用倾斜摄影测量技术生产地籍图,主要包括影像数据采集、像控点布设与采集、空中三角测量解算、实景三维模型生产、地籍图生产等,具体作业流程如图1所示。

图1 倾斜摄影技术生产地籍图的流程

1 案例分析

本次任务位于某农村,该村住户外出较多,采用传统方式很难对居民区内的建筑物角点坐标值及房屋长度进行量测,故决定采用倾斜摄影方式进行地籍图生产。

1.1 影像数据获取

航线规划。将任务区范围线坐标系统定义合适,转为kml格式导入到航线规划软件中。结合地形与任务区面积,本次作业选用旋翼无人机。设置航向、旁向重叠度为85%,高重叠度可有效减少视角盲区,增加可用信息。影像地面采样分辨率设置为1.5 cm,航飞下视焦距选择35 mm,侧视相机选择50 mm,航高设置为80 m,这样可获取高清晰度的影像。为了保证测区边缘模型完整,在航向上外扩3个曝光点,在旁向上外扩200 m。

影像数据采集。完成航线规划后,进行影像数据的采集。采集前,需对无人机的各项参数指标进行检查,检查各接口是否卡扣牢固,电池电量是否充足,通电并在地面上完成试拍,内存卡读写数据是否正常,POS记录装置是否正常。待检查完成后,确保起飞环境安全,完成无人机的起飞与影像数据采集。采集过程中,需通过地面站观察无人机的飞行状态,确保按规划好的航线执行任务,一旦发生异常飞行轨迹,需采取有效手段令无人机返航,避免带来潜在的危险,本次共获得航摄影像15 850张。

1.2 控制点测量

控制点布设。将任务区范围线坐标系统定义合适,转为kml格式或shp格式,导入到图新地球软件中,按照300 m的间距均匀布设控制点点位,并在精度薄弱区域布设15个检测点。待控制点与检测点布设完成后,将其导出为kml格式,发给外业控制点测量人员,进行控制点数据的采集。

控制点采集。将布设好点位的kml导入到奥维软件中,在手机端通过导航找到对应的控制点点位,进行控制点采集。为了有效提升控制点的精度,选择控制点点位时,采用红色油漆喷涂L形点位,半径大小为50 cm,利用GPS-RTK采集L形内角点。数据采集时,每个点位采集3次,且每次较差误差均在2 cm内,最终成果为3次采集坐标值的平均值。对现场照片进行拍摄,便于内业对点位进行快速准确地判断。同理,采集15个特征检测点,对后期成果精度进行检测,检测点点位主要选择在房角点上。

1.3 三维模型制作

数据预处理。对影像与POS进行重命名,确保后期数据导入时POS与影像一一对应。本次航摄影像亮度整体较暗,在Photoshop软件中设置动作命令,通过调整亮度、对比度等,对具有代表性的一幅影像进行质量提升,对剩余的影像按照同样的标准进行参数调整,进行批处理,提升所有影像质量。

空三加密与平差。本次作业选用ContextCapture软件,导入影像数据与POS数据,完善相机参数,设置引擎路径,提交空三任务,开启引擎,完成基于POS数据的空中三角测量解算。空三解算完成后,采用人机交互的方式,查看得到的空三成果,未出现弯曲、分层问题,加密点重投影中误差为0.31个像素,精度符合相关规范要求。导入控制点并对控制点进行转刺,提交平差任务,令控制点参与平差。运行结束后查看平差报告,所有控制点残差的最大值与中误差均远远小于规范要求,空三成果可用。

三维模型生产。结合电脑配置,瓦片划分方式选择规则平面网格,瓦片大小为100 m,平面简化设置为0 m,输出格式选择OSGB,影像质量设置为100%,其余参数默认,提交三维重建任务。待所有任务运行结束后,得到高质量的实景三维模型,部分模型成果如图2所示。

图2 部分实景三维模型

1.4 地籍图制作

地籍图制作采用清华山维EPS软件,将生产得到的OSGB模型与对应的xml文件导入到EPS软件中,快速得到DSM数据,基于DSM数据进行地籍图采集。选择合适的图层,对建筑物、围墙等进行采集,并将最终成果导出为dwg格式。

2 精度统计与分析

将检测点导入EPS软件中,对每个点对应的地籍图成果精度进行检测,统计结果见表1。

表1 地籍图精度检测

表1中,DX代表在X方向上的较差,DY代表在Y方向上的较差,DS代表在平面上的较差。通过表1可知,15个检测点中,平面较差最大的为7.6 cm,以算数平均值代替中误差,15个检测点的中误差为5.9 cm,精度符合地籍图规范要求,说明采集成果质量符合地籍图精度要求,成果质量高,可以直接使用。

3 结束语

为了解决传统地籍图测绘效率低、成本高的问题,提出采用倾斜摄影方式进行地籍图制作,以实际项目验证了本方案的可行性。利用检测点对地籍图成果精度进行检测统计,所有检测点较差均小于《地籍测量规范》中的相关指标,且生产的地籍图满足地籍二级精度要求。对于农村房地一体项目来说,其精度完全可以满足项目要求,表明本方案具有一定的实用性。