无人机遥感在房产测绘中的应用

邢 帅，胡少辉，薛波波，王召举

（中国建筑第七工程局有限公司，河南郑州 450000）

0 引言

目前无人机遥感技术在测绘市场占比逐年增长，其特点作业高效、机动性强、精确程度高、成本低廉得到业内的广泛认可。现阶段，除军事禁区、航空管制区外，超低空飞行很少受到限制，无人机在保证安全的前提下生产成本越来越廉价，在今后的生产生活中有更广阔的发展空间。

1 项目概况和范围

吉利区处于洛阳市的东北部，南边于孟津县紧一黄河相隔，周围分别接壤济源市和焦作孟州市。春季和冬季雨量较少，夏季雨量充沛，属于北温带大陆性气候。本项目位于洛吉快速路和河阳路岔口，总建筑面积约324500m2。

2 具体实施

2.1 测绘基准

坐标系统采用西安80，大比例尺投影采用高斯3°带划分，项目区处于西111°带至东114°带中央子午线正中间位置，平面和高程投影形变量很大，为满足项目需要采用自由坐标系，中央子午线定为112°30 分；平面投影变形小于2.5cm，同时满足城市测量规范。高程采用85 国家高程基准。

2.2 控制测量

规划院提供的GPS 控制点共11 个，因提供的控制点分布不均匀，在此基础上利用GNSS 接收机进行加密控制，10 个控制点参与参数计算，计算类型为四参数+高程拟合，1 个点作为控制检核点；加密过程中GNSS 接收机观测卫星截止角度大于15°，卫星观测总数量共 30 颗。精度系数 PDOP 值 1.4，平面精度HRMS0.0057，垂直精度 VRMS0.009。

2.3 像控点的布设

项目区域为‘L’型，像控点有效的控制整个项目区域。像控点选择明显的地物拐角处，影像大于0.2m，交点良好，便于内业“刺点”。现场刺点选择东地块洗车棚，水厂钢筋棚，西地块围墙等目标点清晰且明显，特别注意阴影处和有弧度的地物不能作为刺点目标。所选像控点在采集过程中，需要考虑周边物体对卫星信号的干扰，保证像控点距离高压线50m 以上，注意周边高大的建筑遮挡或高大灌木等遮挡，远离大功率无线电发射台，附近更无大型水面等易产生多路径效应的影响。保证成果精度满足规范要求，在实施过程中像控点的精度也大于图根点的精度要求，举例图根点的高程和点位中误差如表1 所示。

表1 图根点高程中误差和点位中误差[2]

2.4 航线飞行方向设置

项目区域分四个地块，东地块、社区服务中心、水厂小学在南北轴线上，西地块突出为正方形。使用大疆无人机作为本次航飞工作，该机经济且灵巧，主要应用于低空摄影测量领域。它的特点：高性能成像系统、小巧便捷、操作简单、精度较高具备厘米级导航定位系统。航线以长边南北方位角为航线方向，西地块也以南北方位角为航线方向。航线弯曲度显示在1.5%～3%之间，实际无人机飞行线路与设计航线偏离在像片上小于1cm。像片的倾斜角也不大于2°。航向方向重叠度在60%~65%之间，旁向方向间隔在30%~35%之间。

2.5 像片质量

无人机作业时，光照充足，又避开中午前后2h，无薄雾，霾天气透明良好。良好的设计保证了像片成图的清晰，且能清晰的辨别出地面较小地物的影像。数字化航摄比例尺、成图比例尺和地面采集距离比较合理，满足相关规范要求，三者对应关系如表2所示。成像反差1.1~1.2 比较适中，色彩饱和鲜明，层次感也比较丰富。相邻像片拼接时，没有出现明显的错位、重影现象，影像成果也没有出现偏移且整体特别清晰。影像出现瑕疵，但影像连续出现瑕点数在2 个以下。虽然本次影像成果有一定的瑕疵，下阶段立体模型的拼接并不受影响，不均匀像片变形小于万分之三，满足为下阶段三维建模的使用。

表2 数字化航摄影像对应关系

2.6 影像自动化处理

xtCapture（以下统称为smart3D），作为无人机航空影像的处理软件。smart3D 作为一款实景建模软件，能够通过分析无人机所拍摄的倾斜摄影影像数据，能够快速生成三维模型，直观的反映现实环境用来服务于各种类型的基础设施项目。这些三维模型可应用到项目启动、设计、施工等全生命周期，为管理人员运营决策提供实时、精确的背景。无人机影像导入：打开smart3D 软件，新建工程，选择影像工具模块，添加无人机拍摄的航空倾斜摄影影像，之后选择导入位置，从POS 文件中导入影像位置和角元素。POS 系统分为两部分，第一部分为惯性导航系统（IMU），第二部分GPS 为全球定位系统，也称为IMU/GPS 集成系统。无人机在摄影作业时，可通过POS 系统技术手段，获得曝光瞬时三维坐标三个（x、y、z）和姿态角（φ、ω、K）外方位元素共 6 个，即影像位置和角元素。影像检查：在导入影像完成后，选择3D 视图工具模块，观察导入影像在空间中的位置分布，对视图中偏离航带的影像POS 信息，进行检查和校验，并选择修正POS 信息还是剔除不正确影像。完成影像的剔除后，选择影像工具模块下的检查影像文件，对文件完整性和尺寸进行校验，对异常影像进行修正，确保所有影像能完整加入。

2.7 空间三角测量

空中解析三角测量：在无人机影像导入区块中，首先将空中三角高程测量数据选择提交，之后要注意数据参数的设置，待参数无误提交，下一步将对三角测量数据进行计算，需将smart3D引擎打开，设置无误smart3D 将对三角测量数据自动计算，像控点参与联合平差，待第一次空三完成后，选择测量工具模块，将用GNSS-移动站采集的像控点坐标导入，在影像图片中将测量像控点坐标提前标注，每幅影像图片控制点需三个以上进行刺点，且三幅以上影像图片需同一个控制点。

2.8 DEM 的生成

三维模型的构建：选择新建重建项目，对所需生成的DEM范围及空间参考系统进行选择，提交新的生产项目，选择生产任意格式的三维网格，设定三维模型参数，开始构建三维模型。DSM的构建：三维模型构建完成后，再次提交新的生产项目，选择生产正射影像DSM，DSM 的参数，开始构建数字地表模型DSM。DSM 的 TIFF 影像拼接及 DEM 构建：smart3D 生产出的 DSM 是以TIFF 作为格式的分片式存储，因此需要将TIFF 影像进行拼接。打开ArcGIS 软件，选择镶嵌至新栅格工具，输入DSM 的分片数据，填写参数后，软件将自动进行TIFF 影像的拼接，镶嵌完成后，可以在ArcMap 中预览到拼接的结果，之后在ArcGIS 中对DSM 模型进行高程提取，即可生成DEM。DEM 精度分为一、二、三级，规范中也常用网格点的中误差作为数字高程模型的成果精度，采集点的最大误差不得大于高程中误差的2 倍。如表3 所示。

表3 数字高程模型网格点高程中误差[7] 单位：m

3 结语

无人机技术广泛应用于各个领域，前段时间长江流域洪灾，无人机在应急测绘保障中发挥了巨大的作用；十三五提出智慧城市建设，无人机在数字化城市建设中逐步提升保障能力；无人机摄影测量是对传统测量技术的升华和补充，野外数据采集是面向迅速敏捷化、高精度化、自动化一次新的革命。将来的无人机安全性更高、运行花费更小，技术更成熟，期待无人机摄影测量技术为生产生活发挥更大的作用。