无人机倾斜摄影在农村不动产项目中的应用

李坚

（新疆兵团勘测设计院（集团）有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830002）

1 概述

无人机倾斜摄影测量是近年来出现的一种新兴测绘技术手段[1]，具有采集影像迅速、全自动三维建模、精度高、操作灵活方便、效率高、成本低等特点，已广泛应用于测绘领域。农村不动产登记项目是党中央、国务院为规范农村宅基地管理、促进和保护农民合法财产权益[2]，连续5 年写入中央一号文件[3]的一项基础性惠民工程。无人机倾斜摄影测量用于农村不动产登记项目，发挥无人机倾斜摄影测量的技术及成果优势，把农村不动产登记项目海量的外业工作搬到室内来完成，确保项目质量，提升项目工作效率。

2 无人机倾斜摄影测量工作原理及优点

无人机倾斜摄影测量是利用无人机作为飞行平台，挂载倾斜摄影系统和POS 系统[4]。飞行系统可以控制无人机按设定的线路及航高进行飞行；倾斜摄影系统在无人机飞行过程中从五个方向全自动采集高清地面影像，每个曝光点成像五片，垂直地面拍摄的为正片，镜头朝向地面成一定夹角拍摄的影像为斜片，有前、后、左、右四片。通过设定无人机的高度及航线间隔来保证航摄影像的航向及旁向重叠度，一般不低于80%的重叠；POS 系统获取无人机实时高精度的位置及姿态数据；最后通过专业软件，对影像及相机姿态数据进行集成处理，建立高精度三维模型，满足3D 地图产品测绘需要。

无人机倾斜摄影测量的优点，一是突破了传统单相机仅从垂直角度拍摄获取影像的局限，通过五镜头五个角度同步拍摄[5]，能够获取包括树冠下、屋檐下等隐蔽部位影像数据；二是采用无人机作为飞行平台，可以从低空高速获取高分辨率地面影像；三是采取倾斜摄影方式，可以重建可量测的高精度实景三维模型；四是无人机搭载倾斜相机进行模块化作业，操作灵活简单，工作效率高。

3 应用案例及效果分析

3.1 工程概况

兵团第十师是新疆生产建设兵团下辖十四个师之一，呈零星状分布于阿尔泰山南麓东西长430 千米、南北宽300 千米区域内，下辖9 个团场181 个连队。项目工作内容包括面积为57.1 平方千米的团场、连队居民区1：500 比例尺地籍图测制、7555 宗宅基地的权籍调查和地籍测量、340.72 万平方米房屋调查及测绘，以及不动产数据库建设工作；项目工期为6 个月，工作量巨大，而成果精度要求高，采用常规作业方法，在工期内无法完成。

3.2 方案设计

3.2.1 技术路线

利用无人机倾斜摄影快速获取高清影像，利用专业软件建立精细三维模型，利用三维模型高清、精细、可量测等特点，在模型上完成农村宅基地权籍调查及房产测绘工作，把传统的外业工作搬至室内并高质量完成，达到高质量、高效率完成项目目标任务目的。

3.2.2 航摄设计及三维建模

根据兵团连队居民区位置分散、数量较多、面积较小等特点，项目航摄选用两套广州红鹏六旋翼无人机挂载小金牛AP3400R Pro 三维相机系统航摄系统，如图1 所示；相机技术参数如表1 所示；该系统小巧、航摄精度较高，作业方式机动灵活，作业效率较高，可以很好满足项目需要。

表1

图1

红鹏无人机每架次可飞行20 分钟，完成0.2km21.5cm 分辨率影像采集，每天可以完成5 个架次的飞行，两套航摄系统每天可完成2.0 平方千米的影像采集。测区全区域面积为57.1 平方千米，可在一个月内完成航摄。影像建模采用ContextCapture Center 软件，工作程序包括导入像控点数据、POS 数据及高清影像数据，经过空三加密解算、区域网联合平差、多视影像匹配、DSM生成、真正射纠正、三维建模等工序，最终完成高精度三维实景模型重建[8]，三维模型产品如图2，正射影像产品如图3。项目内业组配备了10 台套建模工作站，每天可完成分辨率为5.0cm 建模面积6.0 平方千米，当天的航摄数据当天就可以完成建模工作，数据处理不滞后。

图2 实景三维模型

图3 正射影像图

3.2.3 权籍调查与房产测绘

无人机倾斜摄影测量在农村不动产登记项目中的应用优势，主要是能快速采集影像数据并建立三维模型，利用三维模型进行权籍调查和房产测绘工作，能大幅提高工作效率[9]。

权籍调查包括地籍调查和地籍测量，地籍调查包括现场指界、标定宗地界址、绘制宗地草图、调查土地用途和等级、填写地籍调查表、绘制地籍图等；地籍测量则是测量宗地权属界线坐标、绘制宗地图、量算宗地面积等工作。

房产测绘包括房屋调查和房产要素测量工作。房屋调查主要对房屋建筑的层数、面积、结构、类型、实际用途等进行调查；房产要素测量则包括对房屋及附属设施的外围轮廓线测量、属性不同房屋界线测量，以及房产图绘制、房产面积测算等工作。

三维模型是地面地物实景电子模型，细部特征如图4 所示，具备高清、精细和可量测特征，兵团农村宅基地一般都以围墙间隔，从三维模型上可以准确调查宗地的权属界线走向及界址位置、甚至墙上喷涂的界址标志，以及房屋详细信息。通过三维模型测量方式，本项目是利用EPS 软件调入三维模型进行三维测图，三维测图精度约为三维模型精度的0.8倍[10]，产品如图5 所示，精确测量得到权属宗地界址点、房屋的角点坐标、量算出宗地及房屋的面积。三维测图最大的特点就是只要空间地物没有完全密闭，就可以从不同空间角度完成坐标测量工作，最有利条件是可以不进入宅基地院子，就可以完成调查及测绘工作，极大地提高了项目外业工作效率。

图4 三维模型细部特征图

图5 1：500 地籍图

3.2.4 精度分析及工作效率对比

衡量不动产成果的精度通常以界址点的点位误差和房屋的面积量算精度为判断指标，为了验证利用三维模型测量界址点及房产面积的精度情况，采用全站仪配合小棱镜对20 个均匀分布界址点坐标和10 个房屋量算面积进行了精度检测。界址点坐标精度检测情况如表2，房屋面积量算精度检测情况如表3。

表2 界址点坐标检测精度表

表3 房屋面积检测精度表

三维模型测量界址点精度中误差为4.2cm，最大点位误差7.3cm，符合规范要求。

三维模型测量房屋面积误差均在限差以内，符合规范要求。

评价一个项目是否实施成功，除了项目成果质量合格，同时也要考虑项目的工作效率及经济效益。表4 是采用三维模型作业与实地调查作业工作效率对比情况。

表4 三维模型作业法与传统作业法效率对比

3.2.5 总结

项目案列采用无人机倾斜摄影测量手段，通过建立实景三维模型，把农村不动产登记项目的外业调查及测绘工作等外业工作搬到室内三维模型上来完成，验证了权籍调查及房产测绘的成果精度及效率提升情况，证明项目方案在技术上是可行的。

结束语

农村不动产确权登记项目是一项关系到农村改革发展的重大基础项目，因我国农村区域面积大，居民点分布面广、点多、分散，不动产确权登记的权籍及房屋调查及测绘工作量巨大，采用常规的技术手段作业周期长，成本较高；而无人机倾斜摄影测量作为一项新生的测绘技术手段，具有重量轻、体积小、影像精度高、满足高精度测图要求、作业方式机动灵活等特点优势，刚好满足农村不动产确权登记项目的需要，未来无人机倾斜摄影也将在农村不动产确权登记工作中发挥巨大的作用。