无人机倾斜摄影测量在城镇地籍测绘中的应用

夏琦1何卿2

1.浙江同济空间信息科技有限公司   浙江省 杭州市  311100  杭州同济测绘有限公司   浙江省 杭州市 311100

摘要：随着科学技术的发展，我国的无人机倾斜摄影测量技术有了很大进展，并在城镇地籍测量中得到了广泛的应用。倾斜摄影技术利用多镜头无人机进行航空摄影,快速采集地面物体的多方位信息,通过专业配套软件进行三维模型生产和三维立体测图,并经过数据编辑软件进行数据编码,最终生成地籍图。本文首先分析无人机倾斜摄影测量原理，其次探讨基于无人机倾斜摄影技术的地籍测量方法，以供参考。

关键词：地籍测量;倾斜摄影;无人机;三维建模

引言

现阶段，城市三维实景模型构建的方式主要有单体建模、三维激光扫描以及倾斜摄影测量等方法。单体建模精度较高，但建模效率太低，适用于单个复杂建筑物，对于大面积、多数量的建筑物建设成本较高；三维激光扫描技术建模精度较高，但建设成本高并且需要大量的内业工作，同样适用于少量建筑物建模；倾斜摄影测量技术在构建城市三维实景模型中具有覆盖面广、成本低以及纹理丰富的特点，并且测量精度较高，极大的降低了大规模城市建模的成本。

1无人机倾斜摄影测量原理

倾斜摄影测量是一种新型的空中摄影测量技术，通过飞行器搭载镜头对航测目标进行多角度拍摄获取影像数据，从垂直、向前、向后、向左、向右5个不同方向采集地面目标图像，以获得更完整的地物信息。这种测量方法不仅仅能够真实地反映测区情况，还能够通过定位、融合以及利用三维建模软件和基于图像的三维建模技术对航空影像进行三维重建，生成可测量的真实三维立体模型，直接测量和采集所需的数据。

2基于无人机倾斜摄影技术的地籍测量方法

2.1像片控制点的布设及测量

1)像片控制点的布设要求。像片控制点坐标系统采用2000国家大地坐标系,地图投影采用高斯-克吕格投影,按3°分带,保留带号。高程采用1985国家高程基准。坐标单位为“m”,保留3位小数;控制点成果编号按“区域号(KY(乡镇)JC(行政村))+点序号”进行,点序号自001编写;相控点按100m间距进行布设,每个区域最小布设点数不得低于5个并且必须均匀分布,呈三角形关联布设;像控点一般应选在影像清晰的明显地物上,可选在交角良好的细小线状地物交点、明显地物折角顶点、影像小于0.2mm的点状地物中心。对于地物特征不明显或纹理贫乏地区,可采用布标或者喷涂标。2)像片控制点的测量要求。采用网络RTK的方法进行相片控制测量,其精度应满足《1∶5001∶10001∶2000地形图航空摄影测量外业规范》(GB/T7931—2008)、《数字航空摄影测量控制测量规范》(CH/T3006—2011)等相关规范要求。平高控制点相对于邻近基础控制点的平面位置中误差不超过地物点平面位置中误差的1/5,高程中误差不应超过基本等高距的1/10。

2.2航线设计

无人机飞行的航线选择受到测区地形地貌以及天气状况的影响，同时还必须顾虑到航线的航向重叠度以及旁向重叠度，保证地面影像具有足够的重叠率，便于后期进行影像匹配并限制误差。航线规划设计一般先明确任务区域，确定航飞范围内是否有禁飞区域，利用谷歌地图等外部工具了解测区地貌，并进行合理的飞行架次划分，优化航飞方案，提升作业效率，避免撞机事故发生。航线设计一般应满足以下要求:①航线规则清晰，航向基本朝一个方向;②航向飞行高度相同;③有足够的航向重叠度和旁向重叠度，确保无漏片、空洞;⑤一般情况下航向与风向平行，当顺风情况下无人机地面速度高于地面站设定的飞行速度时，需判定航片重叠度是否仍然满足要求，否则应为航向添加抗风角度;⑤对于地形高差大于1/6航高的区域进行分区。

2.3EPS三维测图

通过把数据导入EPS三维绘图软件中生成模型，在软件中测量墙体和房屋的边角。首先把影像数据导入ContextCapture软件，设置好参数，避免成果出现错误，把生产的三维模型和DOM加载到EPS软件中进行矢量化，绘制房屋的同时可以直接输入房屋的属性信息。把DOM作为参考，快速绘制正射投影，校正屋檐，包括界址点检查、地形要素测量和面积测量等。

2.4大比例尺地形图和地籍图生产

将ＯＳＧＢ格式的实景三维模型和正射影像加载到ＥＰＳ软件中，完成地籍图和1∶500地形图的采集。其中，采集高程点、等高线、屋檐改正主要借助三维模型，采集道路、河流、无屋檐的房屋等直接在正射影像上完成。其中采集房屋主要利用五点房命令，采集等高线利用掩膜分析，对采集完的成果进行编辑，外业进行补测和调绘。补测主要是对模型上看不到的地物进行补充采集，如树木遮挡区域的房屋；调绘主要是对地物属性进行补充调查，如通信杆、井盖、植被属性等。在完成补测与调绘后，对成果进行编辑与质检、分幅，完成最终的地籍地形图成果。

2.5建模分析

在植被稀疏区建立的模型效果较好，建筑物没有变形，纹理配赋正确，而在植被稠密区，部分建筑物立面与植被交界处出现建筑物变形，原因是存在航摄盲区，植被越高越浓密，这种现象越严重。如果建筑物存在较大尺度的凹进，其内部细节存在变形，纹理不清。对于细尺度构筑物，如栏杆、路灯、悬索等，由于反射作用，存在粗细不均或局部缺失情况，这些均是三维建模存在的问题。为了避免或削弱上述问题，可以采取如下措施对建模质量加以改进：无人机航摄的航高需进行人工核定，解算软件计算结果和人工计算结果往往误差较大，原因是获取的高程基准数据不同。航线飞行与房屋主方向需要呈45°斜交，有利于获得更多的建筑物立面信息。空中三角测量最好进行多次计算，可提高模型的几何精度。如果对细小构筑物进行建模，需选择合适天气实施航摄，避免强光反射造成模型部分缺失。

2.6补测纹理匹配

对于建筑物的顶面和侧面可以通过倾斜影像直接匹配纹理，而对于建筑物旁的道路底面则需要人工进行干预，采用补拍的方式进行影像贴图。无人机是从空中获取地物影像，底面影像由于树木及高大建筑物遮挡，无人机获取的地面影像并不满足直接贴附三维模型的条件，因此需要人工补充获取，采用此种方式获取的地面影像更加真实。通过Photoshop软件的畸变矫正工具对获取的影像进行处理，消除因影像镜头拍摄时产生的角度偏差，校正后的地面影像线条间的位置关系正确，无角度偏差和存在扭曲现象。对于地面有车、人或其它遮挡物的区域进行影像处理，采用Photoshop软件将道路面修整获取地面原貌。采用相同方法对具有代表性的门店广告、高架道路、交通标志等进行补测。

结语

利用倾斜摄影测量技术辅助地籍测绘虽然存在一定的问题，如林木密集或者建筑物复杂区域无法获取完整的建筑物面数据，弱纹理的建筑物，如墙面趋于一种颜色的建筑物，软件匹配出来的模型会出现拉花或凹凸等现象，导致无法采集真实的建筑物几何数据，但结合少量的传统测绘，完全能够满足地籍测绘的精度要求，证明倾斜摄影测量在地籍测绘中应用是可行的。与传统测绘相比，大大节省了人力物力，且耗时更短，充分体现了倾斜摄影测量在地籍测绘中效率高、成本低等直观的优势，未来随着倾斜摄影测量技术的发展，将会有力推动城镇地籍测绘的现代化和智能化。

参考文献

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