无人机倾斜摄影测量技术在绘制地籍图中的快速实现

无人机倾斜摄影测量技术在绘制地籍图中的快速实现

刘雅丽

新疆天地经纬测绘工程有限公司新疆乌鲁木齐830001

摘要：随着科技进步，智能化、信息化、已经开始普及到各行各业，为各行各业在技术改革上起到了质的飞跃，本文在无人机、倾斜摄影及三维建模测量技术下，快速实现地籍图的绘制及精度分析。

关键词：无人机；倾斜摄影；ContextCapture（Smart3D）；数字三维表面模型；EPS；地籍测量；精度分析

引言：无人机倾斜摄影从数据的获取、三维建模、及到裸眼3D测图的实现，对于以往的正射影像DOM的局限性，进行了三维表面，更精细更直观的补充，及真实地反应地物的情况，通过像控点在Smart3D对影像的空三加密，建立三维模型后，得到的数据是可量测的，可在三维模型上用EPS软件直接量测地籍图中的房屋及相关地籍要素。既节省人力、物力和财力，最主要是大幅度提高了工作效率。

一、技术流程

在得到无人机倾斜摄影采集后的影像数据和像控点的布设及测量成果后1、将倾斜影像在Smart3D软件下进行空三加密，先获得所有影像的外方位元素；2、基于多目重建、密集匹配的原理，快速获取高密度三维点云数据，匹配相应纹理信息，构建三维数字表面模型；3、将Smart3D生成的三维数字表面模型导入EPS三维测图模块进行地籍图的测绘。

1.1在Smart3D软件进行空三处理前，要先对已有的数据进行检查，首先确保影像数据是否清晰，是否有大范围的模糊遮档，是否做过匀光匀色处理，地面分辨率是否达到最后成图比例尺要求，POS数据成果是否和像控点成果坐标系一致，是否有相机文件等一系列的检查无误后，可对已有数据进行空三处理。

1.2倾斜摄影数据通过一个垂直、四个倾斜、五个不同的视角同步采集影像，以无人机倾斜摄影的POS数据值作为不同视角影像的初始方位元素，根据成像模型，算出每个像元的物方坐标，基于物方的多基线立体匹配技术可生成倾斜影像之间大量的同名地物连接点即相对定向，通过区域网的四个角的四个像控点进行区域网平差，反算出加密点的大地坐标，包括参数的设置，像控点剌点点位的选定等，反复平差调整，直到生成高可靠的空三结果并满足规范的精度要求。

具体实现的软件是在Smart3d软件新建工程后，添加五个镜头下的影像数据，先进行同名像点的大量匹配，然后粗差点检测、自由网构建、添加控制点、进行平差计算如下图：

1.3生成的三维模型中，是在空三结果满足精度要求后，通过多基线的立体匹配得到高密度数字点云，经过优化构网生成DSM，通过空三解算出各镜头影像同名像点的外方位元素，选择最佳对象进行特征匹配和主像素级匹配，因密集匹配的点云数据量大，需要并行算法，可缩短建模时间，从而生成最终的三维场景数据。如下图所示：

1.4生成的三维模型在EPS软件下绘测地籍图

地籍图编辑是EPS平台开发的处理应用系统，能够编辑、处理、管理地形图和地籍宗地图，并建立地籍宗地数据库，实现了宗地的图和房屋都是在地形图工程中输入编辑管理，形成的单宗宗地成果图都是在地籍宗地工程中编辑管理，宗地属性在地籍宗地数据库中存储.

EPS平台在建立一个数据工程时，需要选择标准模板，以规范化地籍数据，这个模板是建立在“技术规则”、“地籍规范”等为作业依据，定义数据的分类编码、分层、颜色、线型、图例库、比例尺、坐标系统、属性数据结构、图幅分幅方案等内容对数据执行标准和作业规范化的约定。

在绘制地籍图时首先打开EPS软件新建工程后，先对Smart3D空三后的三维模型进行数据转换成EPS软件能导入的DSM的格式，之后点击三维测图菜单下的加裁本地倾斜模型，如下图：

模型加载后，用菜单里的三维测图下的五点房屋开始裸眼绘制栅格区域里的立体房屋，并根据三维模型上显示的真实场景对房屋的建筑结构如（砖、混、简）之类及层数可直观的编辑到属性里。

在“三维测图工具条”选取地籍图上需要表示的地物要素进行按编码的选取测图，最终出地籍数据。如下图：

二、地籍图精度分析

倾斜摄影的实景三维模型，平面精度和高程精度可以达到1：500地形图及地籍图测图要求，并且在模型有效区域内成果精度比较均匀，避免地物看不见目测等情况。实景三维模型相对传统立体相对更能再现外业实景，能够高精度的采集地物，避免房檐改正等。本次精度分析通过外业用全站仪配合小棱镜和GPS-RTK技术，在整个测区分布均匀的前提下采集地籍特征点，如房角、墙角、井盖以及道路中间的车道线端点等平面检查点。将实测的检查点导入EPS相对应的地籍图进行叠加，检查三维模型裸眼测图的精度，在本测区内共实地采集261个平面检查点，以下是地籍图平面精度统计表：

地籍图平面检查点的中误差为0.036m

完全满足地籍图1：500平面要求，为实际生产地籍图提供了有效的作业方法。

三、倾斜摄影三维模型制作地籍图的优势

1）、比起传统测绘手段所获的数据成果不一样，首先产品丰富：如数据成果由单一的X、Y、Z线划图成果变成现在的DOM、DEM、DSM、和点云数据；

2）、应用形势广泛：生成的三维模型成果数据具有空间参考系统，可做规划设计，地形图制作等；

3）、节约成本、安全作业：传统的地籍测量外业需要大量的人力和物力，用传统测绘仪器需要在实地采集每个房屋至少2-3个拐角点或是拉皮尺绘出房屋外围面，完全靠人海战术，劳动强度大，工作环境随季节变化，而倾斜射影空三后生成的三维模型数据只需作业人员在室内通过实景模型，用EPS软件进行内业采集地籍图要素，降低了外业劳动强度，外业无法到达的测图区域，在内业采集中也可解决，提高数据获取效率。

传统的外业测绘为采集地物点坐标，需要爬至某个建筑物，游走在高速路上，穿越河流，攀越大山，通过三维实景模型测图可以实现地理信息化，大量的外业工作转向室内，提高外业人员的安全性。

4）、应用平台简单，减少外业采集时间提高工作效率，相对质检人员通过检查点和三维模模型叠加，可直观的抽查出错、漏、取舍不合理等质量问题

四、倾斜摄影三维模型制作地籍图的不足之处

因地籍图多是1：500之类的大比例尺图，对无人机作业时要求的地面分辨率多是5公分左右的影像数据，在加上多基线不同视角拍摄，导致原始影像数据量比较大，对硬件的存储要求比较高，在进行数据的空三和三维建模时，需要并行作业，想要在短时间内处理完三维建模数据，就要对工作站的显卡，显存及数量要求大幅提高，从尔对硬件的成本要求比较高。

结束语：通过无人机倾斜射影完成地籍图的绘制这种新的作业方法，对测绘外业采集和调绘是一个质的飞跃，在提高了工作效率的前提下，还提高了人力资员调配，此测量作业方法，可扩展到其它测绘产品，如地形图的测量，土方计算，规划设计等。