无人机倾斜摄影测量在农村房地一体测量中的应用

2020-10-25杨德浩

工程技术研究 2020年18期

杨德浩

（贵州省有色金属和核工业地质勘查局一总队，贵州贵阳 551400）

随着测绘技术的不断创新与进步，越来越多先进的测绘技术逐步被应用于各测绘工程领域，这些测绘技术突破了传统的测量技术限制，保障了高效率、高精度测量任务的完成。当前，为加快新农村建设，实现农村地区的科学规划，各个农村地区都开展了房地一体测量。但是，由于传统的测量技术相对落后，在宅基地与房屋调查方面，难以保障测量任务的顺利完成。而无人机倾斜摄影测量技术具有较高的灵活性、适用性等特征，在房地一体测量中的应用具有明显的技术优势。

1 无人机倾斜摄影测量技术的基本概述

在传统的测量工作中，正射影像往往只能够通过垂直拍摄来获得，而在无人机倾斜摄影测量技术条件下，通过在同一个飞行平台上多方位传感器、POS系统的搭载使用，有效实现了垂直、前、后、左、右五个方向上的地表影像采集与获取。在无人机飞行过程中的控制系统在影像的采集过程，同样能够进行拍摄瞬间航向、高度、速度等的控制[1]。在无人机倾斜摄影测量技术的应用过程中，不仅能够获得清晰的建筑物顶面、侧视信息与地物纹理信息，还能够直接利用所获得的影像数据进行三维实体模型的构建，在该模型中进行物体长度、角度与面积等信息的直接量测。与传统的测量技术相比，无人机倾斜摄影测量技术的优势主要体现在高精度、高效率，有较好的灵活性与适应性，单张相片的快速测量与获取，直接进行建筑物顶面与侧面纹理信息的掌握，成本较低等方面[2]。

2 农村房地一体测量的基本思路

农村房地一体测量工作中，主要包含了对宅基地界址点、房屋房角点的测量、地籍调查底图的绘制。要充分发挥无人机倾斜摄影测量技术在房地一体测量中的作用，需遵循总体的测量思路：首先在测区内进行像控点的布设及其数据采集，然后布设航线进行高分辨倾斜影像的获取，进而制作工作底图以及坐标系统、点坐标的检查与确定，最后进行内业测绘成果的生产。

3 无人机倾斜摄影测量在农村房地一体测量中的具体应用

3.1 外业飞行方案设计

外业飞行方案的设计是无人机倾斜摄影测量的关键环节。在此环节中，最为关键的是要进行飞行系统、航线规划的选择，飞行系统的选择与方案设计将直接决定影像的质量、外业飞行的整体效率。因此，在农村房地一体测量工作中，相关人员必须重点关注飞行系统、航线设计。

（1）飞行系统的选择。在飞行系统的选择与设计过程中，专业人员需结合拍摄区域内的具体范围大小、特征进行。从根本上看，农村房地一体测量工作中，主要是以村为单位的，相比较而言，其测量面积有限。但是，在实际的测量工作中，由于村落的分布具有分散性，位置分布相对散乱，因此，测量的具体范围相对较大，如果选用大面积倾斜摄影测量飞行系统，往往难以获得高精度、高质量的影像数据，而要选用轻小型旋翼无人机、单镜头飞行系统完成测量任务[3]。这种飞行系统的应用优势主要体现在以下几个方面：①飞行系统内的相关硬件设备设施多为轻小型设备，整体重量较小，具有携带的便捷性；②单架次的作业面积完全能够达到农村房地一体测量工作的整体需求；③单镜头云台系统的存在使得测量工作更具灵活性与便捷性，通过对被测区域建筑物高度与间距距离的掌握能够进行云台角度的科学调整；④整体的成本投入相对较小，能够保障飞行的安全性。

（2）航线规划方案设计。在航线规划方案的设计方面，专业人员需结合被测区域内的具体情况，科学地进行相关设置，主要是进行地面分辨率、飞行高度、影像重叠率、航行高度、云台倾斜角度等的设计[4]。由于这些参数最终会影响影像数据的精度，因此在设计的过程中，需结合实际情况，在满足测量质量的基础上实现科学设计。比如，以某农村房地一体测量为例，其参数设计如表1所示。

表1 飞行的具体参数

3.2 地面控制点布设与坐标系统选择

无人机倾斜摄影测量技术在农村房地一体测量中应用时，同样需要加强对地面控制点布设与坐标系统的选择控制，这些环节的存在主要是要进行后期空中三角测量加密精度的科学控制。在地面控制点的布设、坐标系统的选择过程中，相关人员需严格根据航飞路线的具体设定、试验区域内地形地势的变化情况，进行地面控制点数量的科学设定。只有保障了地面控制点的布设密度，才能够从根本上保障三维模型精度。在像控点的布设方面，相关人员不仅要考虑被测区域的具体情况，还需要在满足测量精度的前提下，进行经济因素、时间周期等因素的考察，进而使得像控点布设方案能够与现场的测量要求保持一致[5]。比如，在某一农村房地一体测量工作中，要达到航摄影像分辨率为0.01m的要求，在该村落内，各个地面控制点的距离需保持在80m左右。通常情况下，地面控制点包含了灰标与漆标两种，在布设的过程中，如果针对的是材质坚硬且不易被破坏的地区，一般需设置漆标；而在质地较软且容易被破坏的区域内，一般需进行临时性灰标的设置。在坐标系统的选择方面，需严格根据国家的有关标准来进行，保障坐标系统的合理应用。

3.3 实景三维建模

实景三维建模包含了多个环节，如空三测量、密集匹配点云、三维建模环节。在空中三角测量过程中，特征点提取与光束法区域网平差是其中的重要环节。由于POS系统的存在，其能够为测量控制系统提供多视影像的外方位元素，并将这些元素作为初始值，而在此条件下，利用尺度和仿射不变特征算法能够直接对多视影像的特征点加以科学匹配，根据匹配结果进行不同影像之间的连接，进而获得相应的连接点。光束法区域网平差是空三角测量中应用最多的方式，在实际的应用过程中，能够获得最高的解密精度，进而实现对有关测量数据、影像的精度控制。在农村房地一体测量工作中，在试验区内由于存在影像连接点的像点坐标，利用该坐标与地面控制点的结合，能够实现严格的平差计算，在此计算过程中，相关人员能够准确获得各个连接点的地面坐标、多视影像的外方位元素信息。通常情况下，在空中三角测量的加密计算过程中，可以直接利用ContextCapture软件实现，当应用这种软件进行解算以后，就能够直接获得相应的空三处理效果。但是，即使在这种处理情况下，也常常会面临空三数据的质量问题，如果空三数据难以达到测量的具体要求，此时，在测量工作中，相关人员可以通过添加连接点、删除相关数据的方式进行再次的空三加密，这种重复的空三加密是为了进一步提高空三结果的准确性。

当无人机倾斜摄影测量进行了相应的空中三角测量以后，需根据所获得的相关测量数据与信息，进行三维实体模型的建立。由于在ContextCapture系统内可以直接利用影像匹配算法自动进行影像同名点的匹配，这种匹配算法的存在与应用使得在系统的影像资料中，能够直接进行多个特征点的提取，进而获得密集点云。在空中三角测量以后，由于不同的影像之间能够直接建立三角TIN关系，经由这种关系，系统能够自动进行白模的生成，再加上ContextCapture软件的自动纹理计算功能，能够将计算所获得的纹理直接在白模上加以映射，而这种一一映射的对应关系使得三维实体建模具有自动化、高效化的特征。

3.4 EPS三维采集

当获得了农村房地的倾斜摄影测量模型以后，EPS地理信息工作站能够在该模型中直接进行相关三维信息的导入与采集，信息的自动化处理使得在该模型内部能够直接获得农村的房屋、围墙、阳台以及其他附属设施的准确测量信息，还能够直接进行地面高程点信息的提取。具体来说，在EPS三维采集过程中，利用前期ContextCapture系统所生成的三维模型、正摄影像，能够直接将这些模型与影像在EPS中加载，这种加载过程有效实现了三维模型格式的转变，当转变为标准格式以后，能够直接进行三维模型相关信息的矢量化处理。在处理以后的三维模型内，地籍数据的采集更为便捷，而线划等方式的应用可以直接进行房屋绘制，在此绘制过程中，相关的房屋结构、楼层数目信息等能够被录入系统内，进而保障整个测量系统内农村房地信息的完整性与准确性。