無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在房地一體化項(xiàng)目中的應(yīng)用分析

萬(wàn) 凱 王 靜

1. 湖南省地球物理地球化學(xué)調(diào)查所 湖南 長(zhǎng)沙 410000

2. 湖南省第三測(cè)繪院 湖南 長(zhǎng)沙 410000

1 前言

在當(dāng)前的測(cè)量工作中，房地一體化項(xiàng)目是測(cè)量工作中的重要內(nèi)容，從整體上來(lái)說(shuō)，房地一體化測(cè)量工作就是繪制房屋不動(dòng)產(chǎn)外觀幾何結(jié)構(gòu)特征以及周邊地形情況的一項(xiàng)基本型測(cè)量工作，但是從工作實(shí)際情況來(lái)看，房屋所處的環(huán)境、地形都相對(duì)比較復(fù)雜，尤其是對(duì)于農(nóng)村地區(qū)來(lái)說(shuō)，如果使用傳統(tǒng)的全站儀設(shè)備進(jìn)行測(cè)量，不但需要耗費(fèi)大量的人力和物力，而且容易產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差[1]。在當(dāng)前科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，無(wú)人機(jī)開(kāi)始應(yīng)用到測(cè)量工作之中，尤其是無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在房地一體化項(xiàng)目中體現(xiàn)出了強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)利用無(wú)人機(jī)的飛行平臺(tái)搭載多個(gè)不同角度的光學(xué)傳感器，能夠全方位、無(wú)死角地對(duì)地形、地貌的信息進(jìn)行采集，同時(shí)結(jié)合后臺(tái)的計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，將獲取的坐標(biāo)、高度數(shù)據(jù)、方位角等關(guān)鍵性信息進(jìn)行綜合分析，從而構(gòu)建出測(cè)量對(duì)象的三維模型，為不動(dòng)產(chǎn)確權(quán)以及房屋數(shù)字登記工作帶來(lái)了極大的便利。

2 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)要點(diǎn)分析

2.1 傾斜攝影測(cè)量原理分析

在目前的土地測(cè)量工作中，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)已經(jīng)有著非常廣泛地應(yīng)用，該技術(shù)主要是通過(guò)使用專(zhuān)業(yè)的測(cè)繪軟件對(duì)無(wú)人機(jī)獲取到的坐標(biāo)信息、高度信息、姿態(tài)情況以及影像等原始數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合性地處理，然后得到對(duì)應(yīng)物的詳細(xì)信息并且構(gòu)建出三維模型的過(guò)程。在三維坐標(biāo)信息的確定中，無(wú)人機(jī)可以利用飛行平臺(tái)來(lái)獲取與記錄同一地點(diǎn)不同角度的影像信息，接著使用密集匹配算法，從而進(jìn)行多角度的影響匹配，得出測(cè)量地點(diǎn)建筑物的三維坐標(biāo)信息[2]。從整體上來(lái)說(shuō)，無(wú)人機(jī)與傾斜攝影測(cè)量技術(shù)結(jié)合起來(lái)能夠充分地發(fā)揮出傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，而且能夠?qū)鹘y(tǒng)的二維數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為三維數(shù)據(jù)信息，結(jié)合計(jì)算機(jī)信息技術(shù)進(jìn)行三維建模，從而為房地一體化項(xiàng)提供更加準(zhǔn)確、高質(zhì)量的數(shù)據(jù)信息。從細(xì)節(jié)上來(lái)說(shuō)，該技術(shù)需要在同一飛行平臺(tái)搭載多臺(tái)傳感器，一般為5臺(tái)。從垂直、傾斜等不同的角度來(lái)采集相關(guān)的信息，其中，垂直地面方位拍攝的影像為正片、鏡頭與地面呈夾角拍攝的稱(chēng)之為斜片，而斜片中又可分為前視、后視、左視、右視，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量工作中首先要使得各個(gè)相機(jī)之間實(shí)現(xiàn)同步處理，然后啟動(dòng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)于無(wú)人機(jī)飛行以及測(cè)量過(guò)程中的測(cè)量姿態(tài)、位置參數(shù)進(jìn)行有機(jī)地調(diào)整，由計(jì)算機(jī)控制臺(tái)發(fā)出相應(yīng)的指令信息傳送到多臺(tái)相機(jī)中，再由相機(jī)完成同步數(shù)據(jù)的采集過(guò)程[3]。最后，在數(shù)據(jù)采集完畢之后，獲取的影響會(huì)傳輸?shù)酱鎯?chǔ)裝置中，接著通過(guò)后臺(tái)的處理即可生成需要的三維數(shù)據(jù)模型。

2.2 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)優(yōu)勢(shì)

首先，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用在房地一體化項(xiàng)目中具有技術(shù)方面的優(yōu)勢(shì)，無(wú)人機(jī)能夠全方位、無(wú)死角地獲取信息，并且還可以通過(guò)運(yùn)動(dòng)、視角以及視點(diǎn)的變化來(lái)準(zhǔn)確地獲取同一建筑物不同角度的影像，能夠進(jìn)行準(zhǔn)確地、逼真地三維模型重建，為測(cè)量人員提供更多的有用信息[4]。其次，傾斜攝像機(jī)可以與無(wú)人機(jī)結(jié)合起來(lái)，無(wú)人機(jī)在工作的過(guò)程中能夠更加靈活、方便地轉(zhuǎn)換各種視角獲取各類(lèi)信息，與傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)相比，無(wú)人機(jī)在測(cè)量過(guò)程中可以獲取精度較高的姿態(tài)數(shù)據(jù)，同時(shí)利用機(jī)載差分?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)獲取更為精確的位置信息。在整個(gè)無(wú)人機(jī)工作的過(guò)程中，無(wú)人機(jī)能夠有效地縮短獲取數(shù)據(jù)的時(shí)限，大大地降低了測(cè)量所需的成本。在近些年的發(fā)展中，計(jì)算機(jī)信息技術(shù)也在不斷地更新升級(jí)，計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)處理軟件的集成化、自動(dòng)化程度也越來(lái)越高，在無(wú)人機(jī)獲取數(shù)據(jù)之后，后臺(tái)的計(jì)算機(jī)處理平臺(tái)能夠在較短的時(shí)間內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，三維重建軟件也能夠?qū)崿F(xiàn)最低成本的三維建模。此外，無(wú)人機(jī)的應(yīng)用極大地便利了房地一體化項(xiàng)目測(cè)量工作，無(wú)人機(jī)在工作中能夠較大程度地節(jié)省人力、物力，提高測(cè)繪工作的效率，在房地一體化項(xiàng)目中，很多項(xiàng)目在郊區(qū)或者農(nóng)村地區(qū)，若使用傳統(tǒng)的測(cè)量方式往往效率低下，而無(wú)人機(jī)的使用則可以避免這一問(wèn)題，能夠更好地協(xié)調(diào)鄉(xiāng)郊地區(qū)測(cè)量工作中內(nèi)外業(yè)的銜接，也避免了天氣因素對(duì)測(cè)量工作的影響[5]。同時(shí)，該技術(shù)在應(yīng)用中也具有重復(fù)性的特點(diǎn)，三維模型和正射影像均可以在不同的場(chǎng)景中切換使用，滿足了房地一體化項(xiàng)目測(cè)量中不同地點(diǎn)的不同測(cè)量需求。最后，無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)操作性良好，能夠?qū)I(yè)外測(cè)量工作的應(yīng)急情況進(jìn)行有效地處理，對(duì)于得到的實(shí)物地點(diǎn)信息能夠快速地采集和快速地繼承，能夠?yàn)榉康匾惑w化工作提供有效地依據(jù)，同時(shí)也大大地提升了應(yīng)急響應(yīng)的效率。

3 案例分析

3.1 項(xiàng)目總體情況

本次房地一體化測(cè)量項(xiàng)目位于某市的一個(gè)鎮(zhèn)，測(cè)量地區(qū)東經(jīng)112.14 度，北緯34.75度，在本案例的測(cè)量過(guò)程中，使用的是大疆經(jīng)緯M600無(wú)人機(jī)以及紅鵬小金牛AP3400R PRO三鏡頭傾斜相機(jī)進(jìn)行拍攝與測(cè)量。該鎮(zhèn)位于縣城的中心位置，主要地貌特征為丘陵，地勢(shì)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較平坦，在本次的測(cè)量中，將所測(cè)量區(qū)域劃分為4個(gè)區(qū)域塊，一種采取了20架次來(lái)進(jìn)行飛行拍攝，航飛的高度約180米左右，航測(cè)的作業(yè)面積為3.2平方千米，航向重疊度為85%，旁向重疊度為80%，在本次的測(cè)量作業(yè)中一定獲取了照片73000張。

3.2 測(cè)量點(diǎn)的設(shè)置

由于本項(xiàng)目所規(guī)定的時(shí)間總體來(lái)說(shuō)比較短，因此必須在有效地時(shí)間內(nèi)提高測(cè)量的精確度，同時(shí)也要降低地面控制點(diǎn)布設(shè)的數(shù)量密度，盡可能地減少外業(yè)作業(yè)的工作量。結(jié)合以上考慮，在本次測(cè)量工作中，POS使用機(jī)載差分的高精度數(shù)據(jù)，同時(shí)，保證了每一次單飛的質(zhì)量，確保單架次航測(cè)區(qū)域的像控點(diǎn)數(shù)量在6個(gè)以上。對(duì)于區(qū)域之間的重疊面積來(lái)說(shuō)，在航架次之間設(shè)置重疊的區(qū)域，邊緣的控制點(diǎn)要保證在兩相交架次之間，航向上兩條航帶，旁向上兩條基線。在精度的設(shè)置上，像控點(diǎn)的平面點(diǎn)位精度和高程點(diǎn)位精度應(yīng)當(dāng)均小于5厘米[6]。

3.3 數(shù)據(jù)的獲取

結(jié)合上述的分析可以知道通過(guò)無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)可以獲取大量的數(shù)據(jù)信息，對(duì)得到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分類(lèi)處理，將照片位置信息、原始航測(cè)攝影數(shù)據(jù)信息、相片控制測(cè)量數(shù)據(jù)信息、姿態(tài)數(shù)據(jù)信息等分類(lèi)，然后使用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量后臺(tái)中全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)以及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)得到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析與處理[7]，從整體上看，在本次的測(cè)量項(xiàng)目中，無(wú)人機(jī)的航測(cè)效果良好，整個(gè)飛行過(guò)程中穩(wěn)定且高效，航向重疊以及旁向重疊科學(xué)、合理，最終得到的影像信息色彩均勻、層次鮮明、紋理清晰，為后續(xù)的計(jì)算、建模工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[6]。

3.4 三維模型的構(gòu)建

在本次測(cè)量過(guò)程中，一共獲取了20個(gè)架次的數(shù)據(jù)，從整體上來(lái)看，數(shù)據(jù)量比較大，為了在短時(shí)間內(nèi)完成數(shù)據(jù)的處理過(guò)程本次測(cè)量使用了集群建模的方式來(lái)進(jìn)行三維模型的構(gòu)建，從而實(shí)現(xiàn)短時(shí)間的數(shù)據(jù)處理。其中，內(nèi)業(yè)的處理將其分為六個(gè)模塊，在該部分的處理中進(jìn)行空三處理，每個(gè)模塊中需包含三個(gè)架次，且每三個(gè)架次為相鄰連接的航攝區(qū)域。接著，就進(jìn)行建模的過(guò)程。建模過(guò)程的主要步驟如下。第一，航飛POS導(dǎo)入到后臺(tái)的奧維地圖之中，按照上述分模塊的情況，將連續(xù)三個(gè)架次的航測(cè)情況歸納為一塊作業(yè)區(qū)。第二，在Context Capture中創(chuàng)建新的工作，結(jié)合本次項(xiàng)目的特點(diǎn)，工作人員需要?jiǎng)?chuàng)建6個(gè)block，然后將得到的影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入其中，同時(shí)也將POS數(shù)據(jù)也導(dǎo)入到該系統(tǒng)之中，在數(shù)據(jù)傳輸完畢之后，使用空中三角進(jìn)行測(cè)量處理。第三，將無(wú)人機(jī)航拍所獲得的相控?cái)?shù)據(jù)導(dǎo)入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之中，而且針對(duì)每一個(gè)block點(diǎn)進(jìn)行像控刺點(diǎn)，在刺點(diǎn)做好之后再次提交空中三角測(cè)量處理。第四，在上述步驟的空三處理完畢之后，工作人員需要從精度這方面來(lái)進(jìn)行檢查，嚴(yán)格控制相片控制點(diǎn)的精度，一般來(lái)說(shuō)誤差在0.5以下的符合本次測(cè)量的總體要求，如果超過(guò)0.5的話則需要重新刺點(diǎn)，在上述的精確度工作也處理完畢之后，再次進(jìn)行空三處理，直至最終得到的所有控制點(diǎn)精度符合本次測(cè)量的要求后才能夠停止本項(xiàng)工作。第五，在上述四個(gè)步驟全部完成之后，工作人員需要對(duì)系統(tǒng)得到的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理，將6個(gè)block合并處理，然后由后臺(tái)系統(tǒng)生成模型。在上述的五個(gè)操作步驟中均是在計(jì)算機(jī)集群技術(shù)的支持下完成的，最終可以得到該鎮(zhèn)的三維模型，模型整體逼真、可靠、精確。

3.5 平面圖的繪制

在三維模型構(gòu)建完畢之后，工作人員就需要著手開(kāi)始平面圖的繪制。在繪制過(guò)程中，需要對(duì)得到的三維模型以及正射影像等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與研究，在確定好相關(guān)的關(guān)鍵點(diǎn)之后，使用Cass 3D裸眼測(cè)圖軟件打開(kāi)上述建立好的三維模型[8]，工作人員通過(guò)該軟件來(lái)完成整個(gè)三維圖的采集過(guò)程，結(jié)合目前國(guó)家的繪制標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)平面圖的繪制。

3.6 精確度的檢驗(yàn)

在三維模型構(gòu)建、平面圖的繪制全部完成之后，工作人員則需要對(duì)繪制的最終平面圖進(jìn)行精確度地檢驗(yàn)，確保繪制的成果能夠達(dá)到生產(chǎn)的要求，一般來(lái)說(shuō)，目前對(duì)于平面圖精確度的檢驗(yàn)需要從平面位置精度檢驗(yàn)和高度精度檢驗(yàn)兩個(gè)方面進(jìn)行[9]。工作人員的具體操作為：使用Context Capture建模，然后在系統(tǒng)中生成osgb格式的tile模型文件，同時(shí)也在系統(tǒng)中導(dǎo)出metadata.xml拓展標(biāo)記的語(yǔ)言，然后在Cass 3D裸眼測(cè)圖軟件中將導(dǎo)出的metadata.xml拓展標(biāo)記語(yǔ)言打開(kāi)，點(diǎn)擊直接加載三維傾斜實(shí)景模型即可。

在本項(xiàng)目中，以房屋的朝向?yàn)檎较颍笊辖菈堑奈恢迷O(shè)立空間直角坐標(biāo)系（x,y），地面的一層到二層的高度設(shè)置為高程坐標(biāo)（z），接著就需要將得到的平面圖進(jìn)行精確度地檢查，在Cass 3D裸眼測(cè)圖軟件中對(duì)比實(shí)景模型中檢查點(diǎn)的三維坐標(biāo)和實(shí)測(cè)坐標(biāo)值的情況，通過(guò)兩者之間的差距來(lái)得出平面位置和高程中的誤差情況，在本項(xiàng)目中，為了使得精確度更高，工作人員隨機(jī)地抽取了6個(gè)作業(yè)區(qū)中的三十個(gè)房角作為主要的觀察點(diǎn)，在每個(gè)block中選取5個(gè)，從而對(duì)比得出平面位置以及高程中的誤差情況。

結(jié)合三維坐標(biāo)與實(shí)測(cè)坐標(biāo)值的情況，得出了誤差值，其中誤差值均小于0.5，證明了本項(xiàng)目的精度符合相關(guān)的要求，同時(shí)該測(cè)量結(jié)果也滿足了該項(xiàng)目的測(cè)量規(guī)范。

4 結(jié)論

在當(dāng)前的測(cè)量工作中，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，尤其是在房地一體化項(xiàng)目中展現(xiàn)出強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，而且該技術(shù)也推動(dòng)了攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，使得測(cè)量數(shù)據(jù)更加全面、準(zhǔn)確，很好地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測(cè)量工作的不足，對(duì)于國(guó)家測(cè)量工作的高效、有序開(kāi)展提供了強(qiáng)有力的支持。在本文的案例研究中，使用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)于該鎮(zhèn)的房地一體化項(xiàng)目進(jìn)行了測(cè)量與研究，得出了很好的結(jié)果，其中該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高效化的三維建模，能夠1:1真實(shí)地還原出房屋的情況以及周?chē)ㄖ锏那闆r，節(jié)省了大量的人力物力，減少了工作人員野外工作的工作量，顯著地提升了房地一體化測(cè)量工作的效率。其次，在本項(xiàng)目中，抽取了30個(gè)檢查點(diǎn)進(jìn)行精確度地檢驗(yàn)，使用了Cass 3D裸眼測(cè)圖軟件來(lái)完成整個(gè)誤差對(duì)比過(guò)程，得到了平面位置以及高程中的誤差情況，最終結(jié)果顯示，誤差值均小于0.5，再次說(shuō)明了該技術(shù)的準(zhǔn)確性，此外，本次項(xiàng)目的時(shí)間要求較短，在測(cè)量中使用了集群建模的方式來(lái)完成建模過(guò)程，節(jié)省了大量的時(shí)間。總而言之，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用效果良好，有著很好的應(yīng)用前景，可以在房地一體化項(xiàng)目中推廣使用。