无人机倾斜摄影测量技术在1:500地籍测绘中的应用

雷远华

摘要：随着航空摄影测量技术的发展，无人机被广泛应用于农业、植保、快递运输、灾难救援、测绘等各个领域。針对以往地籍测量存在低精度、低效率、高成本等缺点，本文以农村1：500地籍测绘项目为例，详细讲述无人机倾斜摄影测量技术在地籍测量工作中的应用方法和操作细节，并根据实验结果证明：无人机倾斜摄影测量可高效、高精度完成大部分1：500地籍图测量工作。

关键词：无人机;倾斜摄影;三维建模;地籍测绘

Abstract： With the development of aerial photogrammetry technology， drones are widely used in various fields such as agriculture， plant protection， express delivery， disaster relief， surveying and mapping. Aiming at the shortcomings of low accuracy， low efficiency， and high cost in the past cadastral surveying， this article takes the rural 1：500 cadastral surveying and mapping project as an example to describe in detail the application methods and operation details of the drone tilt photogrammetry technology in the cadastral surveying work. According to the experimental results， it is proved that the drone tilt photogrammetry can efficiently and accurately complete most of the 1：500 cadastral map survey work.

0  引言

以往地形测绘采集数据的工具通常为全站仪和RTK，以上工作操作程序复杂、工作量大、效率低。数字正射影像DOM具有地物和地貌编辑属性，然而数字正射影像对二维平面进行内业绘图存在人工识别边界线难度大、精度低的问题。如何高效率、高精度、低成本地完成测绘任务成为时代发展的重要需求。

倾斜摄影测量技术作为目前发展较为迅速的新兴技术，不仅能够真实地反映地物情况，而且显著提高三维城市建模的速度，使三维城市建模成本大幅降低。倾斜摄影技术的发展能够很好的满足工程测量中高效率、高精度、低成本的需求，可为构建三维城市模型、完善地物信息数据库系统、打造智慧城市提供巨大推动力。本文以北方某乡村为例详细阐述倾斜摄影的原理和流程，并对建模和地形图成果进行精度验证，结果表明本文方法可以高效完成大部分1∶500地籍图测量工作。

1  测区概况

测区位于北方某乡村，本次航飞区域面积约为1平方公里，测区内以农村宅基地住房为主，地形起伏不高。因测区面积较大，总共布设3条航线，航向重叠率85%，旁向重叠率70%，像元尺寸大小为3.9μm。无人机飞行约60min，五个镜头总共获得航片5425幅。

2  倾斜摄影测量三维建模

倾斜摄影技术就是通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从多个不同的角度采集影像，构造符合客观存在的真实世界。倾斜摄影测量主要分为两个流程：外业数据采集和内业数据建模。外业数据采集主要通过无人机根据既定规划路线航飞从一个垂直、四个倾斜、五个不同的视角同步采集测量区域建筑物顶面及侧视的高分辨率纹理;内业数据建模负责根据采集到的高分辨率影像通过三维建模技术生成符合测量区域特征的三维模型。本文采用大疆M600PRO无人机搭载睿铂相机DG3倾斜相机进行外业数据采集，应用ContextCapture建模软件和清华三维软件EPS完成内业三维建模。

2.1 倾斜摄影测量外业数据采集

外业数据采集工作主要流程有航飞区域及像控点位置规划、像控点布设、起飞区域选取、飞行任务设置、采集数据导出和无人机收取整理。

①航飞区域及像控点位置规划。首先在奥维地图上规划航飞区域以及布设像控点位置，然后导出航线KML文件并保存。为保证数据采集的质量和精度，相邻像控点之间的距离通常不超过200m，如图2、图3所示。

②像控点布设。安排人员实地布设像控点标志并用RTK测量像控点坐标。为方便后续进行人工刺点，像控点实际位置应无电线杆、树木、楼房等地物遮挡，像控点坐标系统为CGCS2000。为了降低测量误差，像控点坐标每三十秒测量一次，测三次并取三次测量的平均值作为最终像控点坐标，保证像控点精度在2～3cm。

③起飞区域选取。寻找飞行区域内适合飞机起降的空旷区域（可以提前在奥维地图上寻找），到达起飞区域后开始组装飞机，安装起落架，组装电池组，打开GPS信号天线等。

④飞行任务设置。将规划好的航线导入到DJ GS PRO软件，导入航飞区域KML文件并新建任务，设置规划航高（80m）、航向重叠度（85%）、旁向重叠度（70%）、返航高度（低于航高1～2m）、睿铂相机镜头等参数，通过航高设置可以确定无人机飞行速度（8m/s）以及像片分辨率（控制在1.5cm左右）。根据测区地形情况和精度要求，软件将会自动生成最佳航线。

⑤采集数据导出。飞行完毕后通过数据线连接航测专用笔记本，先进行POS数据的下载，然后根据POS数据下载相片数据至航测专用笔记本。确保POS信息无遗漏，航片清晰，色彩丰富。像片数据传输完成后应及时格式化相机里的相片以保证相机拥有足够内存进行下次飞行任务。

⑥无人机整理。收起落架，拆卸电池组，套上相机防尘套，电池组充电等。

2.2 三維模型构建

三维建模流程如图5所示。

①首先依次打开ContextCapture Engine和ContextCapture Master软件，然后新建工程并命名并选择保存工程文件位置。②然后依次导入影像，选择坐标系，人工刺点，空三加密联合平差。人工刺点和空三加密联合平差是一个反复的过程，可在”3D视图”按钮查看空三计算概略结果，直至空三质量报告精度结果满足要求即可。如图6，展示了空三质量报告中的重投影误差值RMS为0.55。③其次进行重建任务的设置。建模开始之前，必须进行建模参数设置。依次设置瓦片划分模式及瓦片大小。需要注意单个瓦片内存使用大小不能超过计算机内存大小。④最后设置成果格式并提交重建任务。选择生成产品的格式（.S3C），三维模型纹理压缩比率（90%），选择项目成果坐标系（CGCS2000）等，然后提交任务并等待任务完成即可。⑤如图7所示，通过三维模型生成对应的数字正射影像DOM。⑥三维模型重建工程结束后，如图8所示，通过ContextCapture Viewer打开相对应格式的模型文件即可查看三维模型重建的效果。

2.3 DLG的数据采集

通过清华三维测图软件EPS加载ContextCapture生成的三维模型。如图9所示，以DSM和DOM为参考，在三维模型上对农村宅基地进行DLG的数据采集并绘制地籍图。

①首先，将三维模型进行数据转换生成对应的DSM。②通过选择EPS软件中“加载倾斜影像”和“加载超大影像”分别加载DSM和DOM。③以DOM为参考，在三维模型上采用五点法或者线划法对房屋进行地籍图的绘制，同时还可直接录入房屋结构、楼层数、高度等属性信息。如道路、植被等某些地物可在DOM上直接进行数据采集和绘制。

3  精度分析

3.1 检查点坐标量测

利用全站仪实测的房屋界址点坐标值与三维模型量测的坐标值进行对比。如图10，随机抽出房屋地籍图房角点进行精度检测。

3.2 精度对比

式（1）中：Ds为检查点平均平面中误差，单位为m;ΔX、ΔY检查点实测坐标值与三维模型观测值坐标的误差，单位为m;n为参与评定精度的检查点数。

如表1所示，总共统计了二十个房角点，并均匀分布。检查点统计计算结果见表1。平面位置平均中误差为0.046m，最小误差为0.028m，最大误差为0.129m。查阅地籍测绘规范CH5002-94标准得知：1：500地籍图上坐标点的最大展点误差不得超过0.05m，其他地物点相对邻近控制点的点位中误差不超过0.25m。本次检查点合格率为85%。个别检查点出现误差超限的可能原因是：飞行平台稳定性不足;人工进行DLG数据采集不准确。

4  结论

本文通过实际案例，利用无人机倾斜摄影测量技术开展1∶500农村房屋地籍图测绘项目，并对三维建模和地形图成果进行精度验证。结果表明采用无人机倾斜摄影技术与清华三维软件EPS相结合的三维测图方法可在一定程度解决这一问题，完成外业测量任务的大部分工作。与传统采用全站仪+RTK全野外测量方式相比，能大大减少外业的人力物力，节约时间，提高工作效率，成果更加丰富直观的同时还能提高测图质量和精度。

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