无人机倾斜摄影测量技术在测绘工程中的应用研究

范印 李梁 刘登飞 张克

摘 要：无人机倾斜摄影测量技术应用到农村房地一体化测绘工作中，能够大大减少外业工作量，有效提升测绘效率，为农村不动产确权、房屋数字化登记管理等工作提供有力的技术支撑。文章介绍了无人机倾斜摄影测量技术原理，并结合实际工程案例，探讨具体做法，分析测绘成果精度，得到真实可靠的结论。

关键词：无人机倾斜摄影测量;房地一体;数字化登记

0引言

农村房地一体化测绘是绘制房屋不动产外观几何结构特征及周边地形的一项常规测量工作。农村地区房屋的实际形状和所处地形往往较为复杂，利用全站仪的传统测绘方法外业工作量较大，费时费力，而且容易产生较大的人工误差。无人机倾斜摄影测量是利用飞行平台搭载多个不同角度的光学传感器，多视角采集地物地貌信息，并结合坐标、速度、高度、方位角等参数进行分析，可视化地重建测区建筑物三维模型的一项技术。该技术在房地一体化测绘中的应用，可以有效地提高房地测绘工作的精度和效率，优化测绘数据的采集过程，同时内业可以生产更直观的正射影像图和实景三维模型，为房地权属调查带来方便[1]。

1 无人机倾斜摄影测量

1.1 倾斜摄影测量的原理分析

倾斜摄影测量是利用专业测绘软件对无人机航拍时获取的三维坐标、高度、姿态以及影像等原始数据进行处理分析，得到对应地物信息的一项数字摄影测量技术。通过无人机获取同一地物在不同角度的影像信息，利用同名点坐标，使用密集匹配算法，快速获取多视角匹配影像，从而获得地物的三维坐标信息。无人机与倾斜摄影技术相结合，可以最大限度地发挥倾斜摄影技术优势，将影像二维特征转化为三维特征，实现三维模型重建，为房地一体项目提供基础测绘地理信息数据[2]。

1.2 无人机倾斜摄影测量在房地综合测绘中应用的优势

（1）无人机倾斜摄影在房地一体化测绘项目中通过视点、运动和视角的变化，可以获得同一物体的不同影像，全方位、逼真地进行三维重建，从而获取所需的多种测绘信息。

（2）无人机可以作为倾斜摄像机的载体，快速转换视角，并通过高精度的姿态数据和机载差分数据获得精确的位置信息。同时，缩短了获取数据的时限，降低了摄影测量成本。目前，数据处理软件具有较高的自动化程度，省时省力，通过成熟的三维重建软件可以实现低成本的三维建模。

（3）使用无人驾驶飞行器可最大限度地节省人力，提升测绘工作的效率，从而更好地协调乡郊地区测绘工作的内外业工作衔接，避免因天气等因素延误测绘工作。由于无人机野外作业效率较高，可以节省野外作业时间，提高野外作业效率，从而减少人为误差对野外作业的影响。项目成果可重复利用，如正射影像和三维模型，还可以整合农村住宅制图成果，在不同应用场景转换使用。

（4）可以对突发情况进行应急处理，倾斜摄影设备可以实现地物信息的快速采集和详细信息的集成，为房地产管理部门的综合集成等相关工作提供决策依据，并可用于提高应急响应效率[3]。

2   应用案例

2.1 项目概况

本工程为河南省平顶山市郏县安良镇房地一体化测图项目，测区地处东经113°0′40″-113°24′50″，北纬33°48′-34°10′之间，数据获取设备采用大疆经纬M600无人机+红鹏小金牛AP3400R Pro三镜头倾斜相机进行低空拍摄。

安良镇区地处平原地区，地势平坦，将测区分成4个区块，18架次进行飞行拍摄，航飞高度180 m，航向重叠度85%，旁向重叠度80%。航测作业面积3.2 km2，获取航片共72 819张。

2.2  像控点布设和测量

为了有效降低地面控制点布设的数量密度，减少外业工作量，本项目POS使用机载差分的高精度数据。确保单架次航测区域像控点数量在6个以上。航测架次之间设置重叠区域，边缘控制点确保位于两相交架次之间，航向上两条航带，旁向上两条基线。多架次航线规划和像控点布设方案，像控点在测量过程中需控制其平面点位精度和高程点位精度都小于5 cm。

2.3  数据获取

最终外业获得的数据有照片的位置和姿态数据、原始航摄影像数据、相片控制测量数据。通过对全球导航定位系统（GPS）和惯性导航系统（IMU）进行数据分析可以知道，该项目无人机航摄状态稳定、飞行航高稳定、航向重叠和旁向重叠合理，影像纹理清晰、色彩匀称、层次鲜明。

2.4  实景三维建模

本项目获得18个架次数据，项目数据量较大，采用集群建模方式进行实景建模，内业在处理过程中分为6块（block）进行空三处理，每块包含3个架次，每块区域中，    3个架次为邻接连续的航摄区域。实景建模的过程如下：（1）航飞POS导入奥维地图，将连续三架次数据归纳为一块作业区。（2）在 Context Capture 中新建工程，创建6个block，导入影像数据、POS数据，进行空中三角测量处理。（3）导入相控数据，对每个block进行像控刺点，刺好后再次提交空中三角测量处理。（4）空三结束后，检查相片控制点精度，中误差在0.5以下的符合要求，否则重新刺点，完成后再次提交空三，直至控制点精度满足测图要求。（5）全部完成后，将6个block合并，进行模型生产。所有步骤全部基于计算机集群技术完成，最终得到安良镇实景三维模型。

2.5  农房不动产平面图绘制

得到测区实景三维模型、正射影像等数据后，采用Cass3D裸眼测图软件打开实景三维模型，测图作业员在该软件中进行三维采集制图，并根据实景模型和国家标准赋予房屋属性信息。

2.6  成果精度检测

实景三维模型生成之后，需要验证模型精度是否达到生产要求，三维模型精度验证包括平面位置精度验证和高程精度验证。Context Capture建模，生成包括osgb 格式tile模型文件和metadata.xml拓展标记语言，在 Cass3D 中打开生成的metadata.xml文件，直接加载三维倾斜实景模型[4]。

以房屋朝向为正方向，左上角墙角位置作为平面坐标（x，y），地面一层到二层高度作为高程坐标（z），作为测区精度检查点，在Cass3D中通過量测实景模型上检查点的三维坐标与实测坐标值进行对比，得到检查点的平面位置和高程的中误差。本文在测区范围内随机均匀抽取6个作业区内30个房角作为检查点，每个block区块选取5个。通过比较得到实景三维模型精度计算结果，如表1所示。

由检查点结果可知，x，y，z中误差分别为：2.37 cm，2.03 cm，2.47 cm，本项目在无人机倾斜摄影测量技术支撑下得到的实景三维模型精度符合《1∶500，1∶1 000，         1∶2 000地形图航空摄影测量外业规范》（GB/T 7931—2008）和《房产测量规范》（GBT/17986—2000）的要求，满足该生产项目需求。

3 结语

本文通过对无人机倾斜摄影测量技术在河南省平顶山市郏县安良镇房地一体化测图项目中的应用研究，得出以下结论：

（1）无人机倾斜摄影测量技术通过高效的实景三维建模，1∶1比例还原真实农房和周边地物，让测绘从业者从繁重的外业工作中解脱出来，大大提高了农房不动产测绘工作效率。

（2）在实景三维模型上均匀抽取了30个检查点，在Cass3D中通过量测实景模型上检查点的三维坐标与实测坐标值进行对比，得到检查点的平面位置和高程中误差：mx=2.37 cm;my=2.03 cm;mz=2.47 cm，精度满足生产项目需求。

[参考文献]

[1]赵福超.无人机倾斜摄影测量技术在农村房地一体测绘中的应用[J].工程建设与设计，2020（24）：252-253.

[2]姚艳丽.基于集群技术的实景三维建模研究[J].路基工程，2020（6）：123-127.

[3]周永丹.浅谈无人机倾斜摄影测量技术在大比例尺地形图测绘中的应用[J].科技风，2019（15）：238.

[4]丁鸽，彭健，焦明东，等.无人机倾斜摄影测量技术在超高层建筑竣工测量中的应用[J].测绘地理信息，2019（3）：62-64.

（编辑 王雪芬）