倾斜摄影测量技术在地籍测绘中的应用

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　　摘  要：为提高地籍测绘水平，提高测量结果的精准度，本文对倾斜摄影测量技术在地籍测绘中的应用问题进行了分析。文章首先介绍了倾斜摄影测量技术，分析了技术的原理及特点。其次，主要从数据采集、三维模型的构建、倾斜摄影测量优化三方面出发，对技术的应用方法进行了总结。最后，通过对平面与高程精准度的观察，证实了倾斜摄影测量技术的应用价值。
　　关键词：倾斜摄影测量技术;地籍测绘;重叠度;Smart3D
　　中图分类号：P231    文献标识码：A       文章編号：1671-2064（2019）24-0000-00
　　0 引言
　　 地籍测绘工作具有流程复杂、数据量的特点，且对测量数据精准度的要求较高。传统技术下，测量工作难度较大，且效率较低。倾斜摄影测量技术的出现，有效解决了上述问题，不仅减轻了工作负担，且弥补了传统测量方法存在的漏洞，提高了测量结果的准确性。可见，为促进地籍测绘工作水平提高，有必要对倾斜摄影测量技术的应用方法进行研究。
　　1 倾斜摄影测量技术的原理及特点
　　1.1 倾斜摄影测量技术的原理
　　 倾斜摄影测量技术，为地籍测绘中的新技术。传统地籍测绘工作所用的摄影技术，正射影像均需从垂直的角度给予拍摄，局限性较强。倾斜摄影测量技术，突破了传统技术的缺陷。可在同一飞行平面上，搭建多个传感器，在垂直拍摄的同时，从四个倾斜角度一同对影像进行采集。该技术的应用，更加符合人眼的特点，直观性显著增强。测量的过程中，有关人员可利用无人机完成航拍的过程，操控灵活性强，且测量成本低[1]。利用倾斜摄影测量技术获得地籍测绘原始数据后，有关人员可对数据进行建模，使其以模型的形式呈现，以满足大比例尺地图的要求。传统的地籍测绘三维模型，以平面矢量图、正射影像图等为主。采用上述方法建立模型，困难度较高。倾斜摄影测量技术的应用，可使大场景的建模工作成为可能，而相应软件也可自动对影像数据进行处理。从长远的角度看，这对地籍测绘工作质量以及效率的提高，具有重要价值。
　　1.2 倾斜摄影测量技术的特点
　　倾斜摄影测量技术的特点，主要体现在以下方面：（1）该技术下，有关人员可通过测绘结果，了解地物间的相互关系，且有助于了解周边的真实情况，这对测绘结果参考价值的提升，具有重要意义[2]。（2）倾斜摄影测量技术，具有单张影像量测的功能。简言之，有关人员可利用该技术，获得某区域的测量数据。在此基础上，同样利用该技术，对成果影像进行处理，对该区域某一地物的高程、面积、角度、坡度等信息进行测量。该特点的存在，使得技术的优势得到了充分的体现。（3）倾斜摄影测量技术可对建筑物侧面纹理进行采集，为有关人员提供指导，使其全面掌握建筑物的基本情况，这对城市三维建模成本的降低，具有重要价值。（4）利用倾斜摄影测量技术，有关人员所获得的三维数据量可有效减少，处理难度同样可有所减小，从长远的角度看，倾斜摄影测量技术该特点的发挥，有助于提高地籍测绘效率。
　　2 倾斜摄影测量技术在地籍测绘中的应用方法
　　2.1 数据采集及处理
　　 对数据进行采集与处理，是应用倾斜摄影测量技术进行地籍测绘的主要步骤之一。实践经验显示，能否获得高质量的数据，与采集图像的质量存在联系。而图像的质量，则与采集设备性能、采集方法有关。为使数据采集精确度得到提高，应注意以下问题：（1）对地表物体进行拍摄时，应保证拍摄角度≥3个。3个角度中，必须包含垂直角度。拍摄时，角度与角度之间的重叠度，应低于60%，以免导致数据应用价值下降[3]。采用“O”形路线拍摄物体时，拍摄者应以拍摄点为圆心，均匀采集图像。在此期间，相邻区域的两张图像，应具有一定的重叠度，以便于识别，确保模型能够显示地表物体的表层细节。考虑到地表物体纹路单一，需适当增加拍摄范围内的图案背景，为物体提供参照物，降低数据处理难度。（2）获取影像时，应确保拍摄的焦距固定，以确保匹配精准，确保模型能够准确反映当地的地理特征。值得注意的是，拍摄时，应避免安装鱼眼镜头或广角镜头，以免导致图像立体匹配数据出现异常。
　　2.2 三维模型的构建
　　2.2.1 选择建模软件
　　 数据采集及处理完成后，有关人员需对其进行整理，使数据成为一个体系，并建立相应的三维模型，使测绘当地的地理特征能够体现在模型之中。建模的过程，需要利用三维建模软件而进行。实践经验显示，不同的软件，测量精确度、后续处理工作难度同样有所不同[4]。对三维建模软件进行合理选择，有助于降低三维建模难度，提高数据处理效率。常用的三维建模软件，包括PhotoScan、Smart3D，以及Pix4D mapper等。上述三者之中，不同软件输出格式、精细程度不同。就软件体系而言，PhotoScan相对最轻，Smart3D则最重。就输出格式种类而言，Smart3D种类最为丰富，适用性更强。就数据以及测量的精细程度而言，Smart3D最为精细。就难易程度而言，PhotoScan、Smart3D，以及Pix4D mapper，难度呈递增趋势。三者相互对比，Smart3D的后续处理工作较为简单，处理量较小。通过对三种建模软件优势与缺陷的对比，选择Smart3D进行建模可取得更加良好的效果。但值得注意的是，工作人员同样可根据自身的测绘需求，对软件进行选择，以确保其性能能够得到良好的发挥，为测绘结果准确性的提高奠定基础。
　　2.2.2 确定适用范围
　　 研究发现，不同的三维建模软件，适用范围存在一定的差异。明确其适用范围，对软件应用水平的提升，具有重要价值。以Smart3D软件为例：该软件适用于复杂的几何形态，以及哑光图案表面物体三维建模。例如：采用该软件对人脸、雕像模型进行建立，效果一般较好。建立上述类型模型时，软件的应用范围较大。从小范围的角度看，采用Smart3D软件对地形、建筑物以及自然景观进行建模，同样能够取得良好的效果。但研究发现，如物体几何形态单一，且表面具有反光的特点，则不应采用Smart3D软件建模，以免对建模效果造成影响。软件的常见不适宜建模物体，以“墙体”、“天花板”、“玻璃”、“水面”等为主。地籍测绘的过程中，有关人员应对上述问题加以重视。基于Smart3D软件的建模流程如下：（1）对软件的一组原始数据特征进行提取，提取完成后，应根据不同的点，确定图像之中不同事物之间的角度关系。（2）图像之中如包含错误点，系统会自动预警，并对其进行修正。此后，便可建立起初步的地表模型。（3）人工导入四个点之间的坐标，便可建立起坐标系，最终建立起三维模型。 　　2.3 倾斜摄影测量优化
　　2.3.1 平面误差分析与处理
　　 对平面误差进行分析与处理，是优化倾斜摄影测量结果的关键。有关人员可分别将y轴数据取值为10cm、20cm、30cm……200cm，以之为基础，对x方向的误差进行测量。为了测量y方向的误差，并对其进行优化，有关人员则需将x的取值分别设置为10cm、20cm、30cm……200cm。例如：某次地籍测绘工作进行的过程中，有关人员采用上述方式，对x方向以及y方向的误差进行了测量，对平面测量的精确度进行了分析与优化。通过计算发现，x方向最大误差为A模型，数据为±5.32mm，最小误差为B模型，数据为1.20mm。通过对A模型与B模型的对比发现，两者的差异在于后者相机精确度更高。考虑到上述问题，有关人员需在应用倾斜摄影测量技术进行地籍测绘的过程中，适当提高相机的分辨率，以达到减小平面误差的目的。
　　2.3.2 高程误差分析与处理
　　 对高程误差分析与处理，对倾斜摄影测量结果的优化，同样具有重要意义。有关人员可在测量的过程中，将x方向的数据分别设置为10cm、20cm、30cm……90cm。通常而言，模型高程的精确度，与其地籍测绘结果的精确度呈正相关。例如：某次地籍测绘工作进行的过程中，有关人员将x方向数值分别设置为了10cm、20cm、30cm……90cm。在此条件下，对不同模型的z方向误差进行了观察。结果显示，随着x值的增大，部分模型的z误差呈逐渐上升的趋势，但部分模型中，z的误差则呈下降趋势。通过对该研究结果的观察发现，z方向误差与x方向数值无明显联系。有关人员应考虑通过控制地表体积、合理设置控制点等方式，缩小z方向误差。值得注意的是，为确保测量结果准确，有关人员同样应在测量高程的过程中，对相机的分辨率、相邻两个图像之间的重叠度进行控制，确保地籍测绘结果能够真实反应当地的地理特征。
　　3 倾斜摄影测量技术在地籍测绘中的质量控制
　　3.1 平面精准度评价
　　地籍测绘三维模型建立完成后，有关人员需加入控制点，并对图像进行绝对定向。完成上述操作后，模型中的控制点易发生变化。控制点关系到模型之中的坐标原点、坐标轴是否准确。一旦该数据异常，模型的精确度必然下降。可见，对相关参数的精确度进行控制较为重要。本文所述的地籍测绘工作中，控制点共设置了36个。x、y以及z方向，最大误差分别为-0.13mm、0.04mm以及-0.11mm。上述误差较低，且均处于允许范围内，表明，三维模型中的各项参数，均未发生明显的偏移。Smart3D软件具有修正功能，借助上述功能，三维模型中数据的精确度同样会明显提升。对平面精准度进行测量时，为保证测量结果能够真正反映当前的平面情况，应适当增加测量实验的次数。通过对实践经验的总结发现，一般情况下，随着地籍测绘区域的增大，误差会逐渐增大，两者呈显著正相关。平面精準度评价完成后，如发现精准度达标，则可以对数据进行应用。反之，则应对数据进行调整，甚至考虑重新测量。
　　3.2 高程精准度评价
　　 除平面精准度外，高程精准度同样为地籍测绘过程中需要考虑的主要问题之一。应用倾斜摄影测量技术获得原始数据，并完成数据建模后，工作人员同样应通过实验的方式，对高程精确度进行测量。受土壤侵蚀问题的影响，采用传统方式进行地表体积测绘，难度较高。如采用网格的方式对地表体积进行描述，则可更加准确的反映出某一区域的地理特征。但为了达到该目的，保证高程测量精准是关键。在此期间，有关人员应对模型中的标注点进行计算，并对实测标注点的高程值误差进行统计。另外，还需利用铁框内地表填充体积，以及注水体积，对模型高程的偏差量进行测量。实践经验显示，地籍测绘模型中，高程误差一般无规律可循。但如将地表体积代入到计算的过程中，则会发现，随着体积规格的增大，高程误差逐渐增大，两项数据呈正相关。反之，控制点密度越高，则高程精确度越高。可见，为保证高程测量结果准确，适当增加控制点密度，缩短测量面积，减小单次测量的地表体积较为重要。
　　4 结语
　　 综上所述，本文对倾斜摄影测量技术在地籍测绘中应用问题的研究，为有关领域提供了指导，有助于优化倾斜摄影测量技术，提高地籍测绘平面、高程等参数的精准度，且可提高测绘效率，应用价值显著。未来，有关领域应根据自身的需求，对该技术进行推广应用，以使技术的价值得到充分的发挥，使我国地籍测绘工作质量能够得到进一步的提高。
　　参考文献
　　[1] 付博，陈姗，张俊.无人机倾斜摄影测量技术在三维数字城市建模中的应用[J].湖南工业大学学报，2019，33（05）：79-83.
　　[2] 杜永亮，吕杰.倾斜摄影和激光雷达在某输电工程三维建模中的应用研究[J].江西电力，2019，43（08）：12-20.
　　[3] 陈志华，张俊贤，张克铭.云南高速公路无人机倾斜摄影测量实景三维模型建立方法改进及精度提高[J].测绘通报，2019（S1）：275-279.
　　[4] 张文春，范洪洋，林楠.基于免像控无人机倾斜摄影测量的实景模型裸眼三维测图研究[J].福建建筑，2019（08）：126-129.
　　收稿日期：2019-11-02
　　作者简介：邢稳（185—），男，安徽当涂人，本科，测绘工程师，研究方向：工程测量、地质测绘、地籍测量等。
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