三维倾斜摄影技术在新化县房地一体项目中的应用研究

陈则刚CHEN Ze-gang

（湖南省生态地质调查监测所，长沙 410119；湖南中核建设工程有限公司，长沙 410119）

0 引言

为贯彻落实（中发〔2019〕1 号）和（湘发〔2019〕1 号）、《自然资源确权登记局关于进一步做好农村不动产确权登记工作的通知》（自然资登记函〔2019〕6 号）和《湖南省自然资源厅关于印发湖南省农村宅基地房地一体确权登记实施方案的通知》（湘自然资发〔2019〕29 号）等要求，湖南各地自然资源主管部门大力推进农村宅基地房地一体确权颁证相关工作，由于房地一体项目时间紧，任务重，而对于其采用解析法不动产测量技术部分，是此项工作的一大难点，对于一些城镇开发边界内，例如集镇、房屋密集等区域，采用传统的解析法作业在时间和效率上已然不能满足要求，然而三维倾斜摄影测量技术能很好的解决这一问题。

1 现状及困难

目前随着各地房地一体项目解析法技术工作的展开，各地进行项目作业基本可以分为两个大类，一种就是传统RTK+全站仪的数字采集方式，另一种就是新型测量技术，比如无人机等。对于传统的RTK+全站仪的作业方式来说目前存在着以下几个问题：

问题一：作业流程复杂，生产效率低下：同时需要满足界址点中误差5cm 精度，所以需要大量的外业团队和多年生产经验的内业人员，从而导致生产成本很高。

问题二：环境复杂，反复折腾：地籍测量项目因外业作业周期较长，作业方式较为复杂。当测区地物靠近水边不便测量、户主不在家等测量工作进度也受到影响，难以高效快速的完成生产任务。

问题三：外业工作时间长，易受环境影响：遇到雨雪天气，外业作业受到拖延，甚至说是无法进行，拉长周期增加生产成本，外业做完晚上回去还要画图，作业人员生产压力大，团队流动性强。

2 三维倾斜摄影测量技术原理

倾斜摄影技术是在摄影测量技术之上发展起来的，和摄影测量不同的是：倾斜摄影是通过在同一飞行平台上搭载集成多个传感器，一般为集成的五镜头，同时从不同角度进行拍摄。垂直地面角度拍摄获取的影像称为正射影像（一组影像），镜头朝向与地面成一定夹角拍摄获取的影像称为斜片（四组影像）。以倾斜摄影技术来获取影像数据作为素材，进行人工或自动化加工处理后得到的三维模型数据的过程，我们称之为“倾斜摄影建模”。可通过三维模软件生产出模型，模型生产成本低、周期短、表达更加直观。自动化建模工艺流程一般会经过多视角影像的几何校正、联合平差等处理流程，可运算生成基于影像的超高密度点云，点云构建TIN 模型，并以此生成基于影像纹理的高分辨率倾斜摄影三维模型，因此也具备倾斜影像的测绘级精度。倾斜摄影自动化建模及其成果，对比人工建模过程，具备“三高一低“的特点，即：高效率、高精度、高真实感和低成本。

3 三维倾斜摄影技术在新化县房地一体项目中应用案例

本文以新化县圳上镇久大村和鼎英村农村房地一体测量为例，测区约2000 宗宅基地，本次采用三维倾斜摄影测量技术和传统的RTK+全站仪测量技术进行对比，本次测绘分别分为测区踏勘、航线规划、像控点布设、无人机航飞、三维建模、图形矢量化采集、精度验证等七个步骤。

3.1 测区踏勘

开始作业前，须对测区环境的踏勘，是安全作业的前提。提前了解测区环境，有助于高效率安全的作业。

①常规做法是到现场实地踏勘当地地形复杂程度、房屋密集程度等，需要注意测区内最高地物，也可以借助大疆精灵进行探高（建筑、最高树、高压线、信号塔等）。

②目前有谷歌地球、奥维地图等工具存在可在室内获取需要的测区信息，方便提前在室内就规划好航线。将kml 范围线导入谷歌地球中，在范围中大概均匀画几条线，以获取测区内大概的地形起伏，高差情况。

图1 农村房地一体化权籍调查工作技术路线图

③另外关注测区是否在机场、军事区等敏感区域附近。

3.2 航线规划

在对测区进行踏勘之后，就可以进行航线规划，本项目地面分辨率设计为0.015m，航线需要完全覆盖航拍区域；根据现场地形，风速以及无人机状态制定合理的航线规划。

航线设计主要涉及三个方面：范围、航高和重叠度。考虑到大部分五镜头相机侧向镜头倾斜角度为45°，所以航飞范围一般是在测区范围的基础上四周各外扩一个航高的距离；航高实际上影响的是地面分辨率，根据理想情况下精度≈分辨率的2-3 倍，所以为了保证5cm 的精度，一般地面分辨率设置为1.5cm 左右；为了保证最终模型的精细度，航向/旁向重叠度一般不小于80/75。需要特别注意的是，1.5cm 的分辨率对应的航高在100m 左右，在作业前要注意测区内的建筑物要在二三十米以下，测区相对平坦；如果测区有比较大的起伏建议使用自适应地形飞行或者分段作业并加大重叠度。

3.3 像控点布设

在测区内进行像控点布设，采用RTK 连接HNCORS系统对像控点进行坐标采集，像控点应均匀布置在测区内，且必须满足相应技术规范。

像控点布设的基本要求：

①按照150m*150m 的格网进行像控点布设，平均1平方公里布设约60 个像控点（无差分情况，如果有差分可视差分效果减少50%-80%）。

②在像控实际点位附近选择硬质地面，而且尽量选择空旷区域，在要布设像控的点位上方不要有电线树枝等遮挡。使用油漆按照50cm*50cm 大小刷出地面标识（宁可大不可小），刷出的地面标识要外边线平直，外角清晰。

③在测量像控点坐标时最好使用三脚架+基座+RTK，其次是使用支架+对中杆+RTK，最次是使用对中杆+RTK。在测量时要多次测量去掉异常值后取平均值。

④像控点精度是基础。最低要求5 次平滑后取平均值。

3.4 无人机航飞

图3 三维倾斜建模

在前期准备工作全部完成后，检查无人机状态，确认无误后就可以进行航飞，在外业航飞前需特别注意以下情况：

3.4.1 环境方面

①应尽量在天气晴朗，无风或者微风进行航飞；

②空气通透度良好，无雾霾、浓烟；

③关注室外气温，衡量对电池续航的影响；

④测区内是否有高大地物，必须用精灵巡一下测区；

⑤起飞场地周围是否空旷，避开狭窄、人员多、车流量大的地方；

⑥在确认以上几点没问题后，尽量在一天中的9 点-15 点作业。当然，可根据当地经纬度、季节、天气、工期等条件不同调整作业时间段。

3.4.2 无人机细节检查

①检测是否组装好无人机和五镜头相机；

②通电检查无人机各个传感器状态是否正常；

③地面测试五相机拍照性能是否正常，存储卡剩余空间大小起飞后细节检查；

④无人机及相机状态正常后，执行起飞动作，进行外业数据采集；

⑤巡航过程中持续关注无人机电池电量、高度和姿态信息。

3.5 三维建模

在完成外业工作后，进行数据导出，在内业采用Contextcaptuer 实景建模大师软件进行倾斜建模，这套软件是是市场主流建模软件、它具有虚拟现实以及计算机几何图形算法的全自动高清三维建模软功能，它在诸多使用性能上等代表了目前全球相关技术的最高水准。三维倾斜建模的技术路线图如图2。

图2 三维倾斜建模工作流

3.6 矢量化图形采集

生产出合格的三维模型数据之后，可将其导入到SkyPhoto-Map3D 裸眼3D 软件进行图形数据采集，宗地界址点以主要建筑物的滴水范围先进行采集，房屋房角为界进行采集。

3.7 精度验证

3.7.1 空三结果精度检查

引用规范：地籍平面控制点相对于起算点的点位中误差不超过±0.05m

控制点的平面及高程残差不要超过成果中误差的1/2，即需小于0.025m。实景三维模型必须和控制点、检查点套合，确认精度没有问题（偏差小于5 公分）再开始矢量化作业。

3.7.2 矢量化成果精度检查

根据《数字测绘成果质量检查与验收》（GB/T 18316-2008）中的检查验收规定，选取了50 个均匀分布测区的界址点进行精度对比分析，采集模型成果上面的检查点的坐标并与实测得到的检查点坐标进行点位的中误差计算，通过统计对比分析，得出点位中误差为0.023m，其精度是优于规范要求的精度，但发现有少部分界址点较差超出0.05m，分析原因及注意事项如下：

①天气：要求满足天气晴朗，飞行航拍照片ISO 必须小于400。

②飞行高度：飞行高度影响飞行的照片分辨率，要满足1：500 成图要求，分辨率必须小于1.5cm，也就是说使用单个镜头是2400 万像素的情况下，飞行高度必须要低于96m。

③像控点数量以及像控点布设的合理性：通过测试我们了解到要满足1：500 的精度要求，像控点必须满足150m 以内一个，同时要做到在整个测区内均匀分布。

④飞机飞行的稳定性以及五镜头的成像品质：这些同样是影响成图精度的关键因素。

⑤部分区域树木遮挡，在内业三维模型矢量采集时，精度相对较差，飞机在飞行过程中，可能在这一区域内机身姿态保持较差，也会影响模型精度，从而影响点位精度。

3.8 效率对比

①本测区约2000 宗宅基地，此次采用无人机三维倾斜摄影技术，耗时6 天，投入人员5 人，外业航飞一天，内业空三建模和矢量化数据采集耗时5 天，经检查，所采集的界址点精度是满足项目所要求的精度。

②如采用传统的RTK+全站仪数字采集的技术手段，在投入5 人的情况下，则需要耗时25 天左右，采用传统作业方式，受天气的影响，其中在集镇人员密集区，人员及测量仪器安全的也会响应作业进程。

4 结语

通过上述案例可以看出，采用无人机三维倾斜摄影测量技术能满足房地一体解析法不动产测量精度要求，在满足精度的基础上，采用三维倾斜摄影测量技术能极大的提高工作效率，缩短工期，同时生产出来的成果（宗地图、房产图、三维模型）也更加直观，这项技术为新化县农村房地一体工作提供强有力的技术保障。