贾纯孝
金田产业发展（山东）集团有限公司 山东 济南 250109
摘要：无人机倾斜摄影测量技术的应用不但较好地解决了普通航摄精度不足的问题，而且实现了对地物顶部和侧立面的建模和纹理采集，在大范围三维建模方面表现出了卓越的能力。能够适应于小面积或大范围摄影测量作业，可获得实景三维模型、正射影像、数字高程模型和高精度大比例尺地形图等成果。
关键词：不动产测绘；倾斜摄影技术；应用
1倾斜摄影测量技术概述
无人倾斜摄影技术是一种先进的新型测量技术,在快速获取成果、模型构建以及数据采集等诸多方面都具备优势,在当前不动产测绘的过程当中需要强化倾斜摄影测量技术广泛运用。倾斜摄影测量技术是当前测绘领域当中一种相对现代化新型技术,通过利用多个传感器针对于同一对象完成快速数据收集工作,全方位地反映对象情况和面貌,通过使用倾斜摄影测量技术,弥补传统航拍技术缺陷和不足之处,有利于突破传统测量模式制约和限制,在获取信息方面更加高效,切实保障了数据测量工作科学性和真实性,当前农村不动产测绘的过程当中应当要加强倾斜摄影测量技术广泛的应用。
倾斜摄影测量技术可以从不同角度对于对象进行拍摄,还可以针对于飞行器航向高度以及速度等综合参数进行处理和记录,主要包括了三大部分构成,主要是倾斜相机、pos系统以及飞行器。其中,飞行器主要作用就是搭载设备,并且按照预测方向进行飞行,通过利用飞行器可以实现航拍。其次pos系统针对于对象信息进行捕捉,并且可以记录飞行器飞行姿态以及空间坐标。最后,倾斜相机作用就是能够准确以及有效采集地面影像信息,切实保障信息可靠性、真实性。
2倾斜摄影测量技术
2.1多视影像联合平差
传统的影像平差只涉及垂直影像,而多视影像增加了倾斜角度的影像,如何对垂直和倾斜影像进行联合平差是传统理论中并未包含的内容,是倾斜摄影测量必须解决的理论问题。常规思路是从影像中先提取影像特征点,为了提取高质量的点特征,普遍使用SIFT算法对影像进行特征提取,再对同名特征进行匹配连接,从而确定影像的相对方位,再结合影像的线元素Xs、Ys、Zs和角元素φ、ω、κ和地面控制点坐标进行平差。
2.2多视影像密集匹配
多视影像相比于正射影像多了地物的侧面信息,此外,其影像重叠度也更高,同名特征点的数量相比于正射影像也更加密集,匹配算法主要有CMVS(ClusterMulti-ViewStereo)和PMVS(Patch-basedMulti-ViewStereo)等。针对多视影像数据量大、运算量大等问题,首先采用CMVS方法对影像进行聚类,压缩数据量,然后利用PMVS方法完成立体密集匹配。
2.3点云获取及生成
传统点云数据获取技术主要有三维激光扫描技术和Lidar技术,倾斜摄影测量更新了点云数据的获取手段。在倾斜摄影测量的早期,一般利用Lidar技术辅助获得地物点云数据、侧面纹理信息和正摄影像则由多角度摄影相机获取。随着倾斜摄影测量技术的进一步发展,通过同一区域多幅影像前方交会,再运用先进的算法即直接获得大量点云数据。
2.4纹理提取技术
(1)面积最大原则。将目标像方按面积大小进行排列,像方面积大的优先使用。(2)方向向量原则。只有当目标地物对应的TIN模型的面向量与影像图上的摄影主光轴向量的角度大于90°时,将对应的纹理作为候选对象。(3)遮挡剔除原则。同一方向纹理块之间常常相互遮挡,在模型密度较高时,可直接舍弃2种纹理,否则舍弃面积小的纹理块。(4)纹理自动最优裁剪原则。考虑到纹理图块的存储管理,一般将其裁剪成面积为2的指数乘积小图块。(5)纹理自动纠正。影像存在畸变,需要对其进行影像预处理。通过对影像基于物方的灰度重采样,减少畸变影响,从而提高纹理提取精度。
2.5实景三维建模
倾斜摄影测量技术相对于常规摄影测量技术增加倾斜方向的影像信息,能够获取地物的侧面信息,实现了二维影像到三维模型的过渡,常用的软件主要是Smart3Dcapure,模型成果主要有两类:单体模型,将地物纹理信息提取到三维模型框架,建立更符合人类视觉的三维模型,其优点在于模型的可编辑性;非单个模型则是软件自动生成的三维模型,不可编辑。
3应用实例
3.1应用区域
为了满足区域不动产数据的现势性及准确性，更新测绘试验区，选择位于菏泽某地面积3.5km2的区域。测区属于平原地貌，地势平坦，地形以村庄、居住小区、道路及附属建筑物等，，测区平均海拔高度约为40m，建筑物最大高度约为40m。
3.2主要精度指标及软硬件设备技术参数
项目成图比例尺为1∶500，基本等高距为0.5m。三维模型及主要地物点平面精度为±5cm;城市建成区和铺装地面高程注记点高程中误差不大于10cm。
硬件采用哈瓦MEGAV8四轴八旋翼搭载五镜头倾斜摄影测量系统作为数据采集平台，航线管理多任务一体化，同时兼容北斗、GPS、GLONASS3种卫星定位模式，采用HARWAR-YT-5POPCIV飞行模块，搭载索尼5100X5相机1.2亿像素，地面分辨率为1.8cm，定位精度水平方向为2cm，垂直方向为5cm。软件使用ContextCaptureCenter进行三维建模预处理，利用武汉天际航DP-Mapper软件完成三维实景建模及地形图生产。
3.3无人机倾斜摄影测量技术流程
无人机倾斜摄影测量作业流程主要包含无人机倾斜影像数据获取、像控测量、空三计算与优化、实景三维模型生成、真正射影像制作、内业测图与外业补测等几方面。
3.4无人机倾斜摄影
试验区呈长方形，外业航摄分东西2个区，26架次4天完成，有效飞行面积约为4.5km2。飞行期间均为晴天，通视条件良好。航摄数据经检查无遗漏，无缺失，影像清晰，层次丰富，色调均匀，对应POS信息齐全。此次获得倾斜影像69775张，数据范围及数据质量均满足测区生产需要。
3.5像片控制及空三加密与优化
像控点布设采用在航飞前预制地面控制点标志，像控点密度平均边长200～250m，共布设96个点，像控点坐标和高程利用GDCORS采用RTK方式测量获取。
在空三结果基础上加入控制点联合平差，优化精度至1/3个像素，以满足后续自动化建模作业的要求。通过检查外方位元素标准偏差能够全面反映精度表现，因此空三运算时需重点关注的质量指标有:是否丢片，丢得是否合理;连接点是否正确，是否存在分层、断层、错位;检查的误差、像控点残差、连接点误差是否满足限差要求。
3.6实景三维建模
将空三成果提交建模任务，通过划分模型格网，采用8组GPU同步生产模型数据。采用ContextCaptureCenter软件首先对航空影像进行预处理，软件自动对每张影像进行特征点检测和匹配，然后进行空三解算得出每张影像的内外方位元素，稠密点云数据提取并进行大数据散乱点云曲面重建，构建出TIN网白模，在此基础上进行无缝纹理映射，最后输出包括三维模型、点云数据、DSM、DOM等多种成果。
3.7三维测图
利用实景三维测图软件DP-Modeler完成地形图测绘，倾斜摄影三维模型实现所见即所得的观测，采集过程中无需佩戴立体眼镜，直接对地物特征轮廓、点状地物进行矢量测绘，在真三维环境中完成屋檐改正、楼层判读、部件等地物要素和地形要素采集。对于小部分遮挡及未能确认属性等内容进行了外业调绘和补测。项目内外业测图工作20天顺利完成。
结论
倾斜摄影测量技术不仅能够实现常规的地表三维测量,还可以获取大量的常规摄影无法得到的地物立面的纹理信息,在房地一体不动产确权颁证工作中有广泛的应用，提高了地籍测绘的速度并在保证精度的前提下降低了作业成本，是当下房产确权中的最优解决方案。另外，倾斜摄影测量技在数字城市和古建筑保护方面也有广泛的应用基础。目前,基于倾斜摄影测量技术的运用越来越广泛,在倾斜摄影测量技术的基础上,应该继续研究其与雷达、多光谱等多种传感器的结合,并采用点云计算来实现影像数据快速处理,提高其实时性,推动其在更多领域的应用。
参考文献：
[1]杨国东,王民水.倾斜摄影测量技术应用及展望[J].测绘与空间地理信息,2019(1):13-15+18.
[2]施骏骋.倾斜摄影测量应用于城市三维单体模型构建的研究[D].昆明:昆明理工大学,2019.