倾斜摄影技术在房地一体确权登记中的应用研究

卢 旭 麻万金

（三和数码测绘地理信息技术有限公司，甘肃 天水 741000）

房地一体确权登记是一项工期紧、任务重、工序繁琐的项目，传统的做法是利用GPS-RTK 和全站仪，外业进行界址点现场采集，对于无法采集的界址点，通过直角相交的方式交汇出来。对于房屋长度、宗地长度，则采用卷尺进行测量[1-3]，加上进行权属资料收集，每组作业人员一般在5 人。然而农村一般树木茂盛，且大多数宗地所在位置无规律，利用GPS-RTK 进行作业，有时候无法获得固定解，对其精度有一定的影响，而且影响了作业效率；利用全站仪进行设站采集界址点，由于遮挡导致被测界址点和设站不通视，需要多次设站，也影响了作业效率[4-6]。为了解决效率低的问题，笔者在分析了近年来发展起来的倾斜摄影测量技术、LIDAR 测量技术等技术后，提出使用倾斜摄影测量法进行房地一体确权登记，并对其中的关键技术进行了深入分析。对成果精度进行了检测，检测所得到的中误差符合相关规范要求，表明本文的方法具有一定的实用性和可行性，可以为同行带来借鉴。

1 倾斜摄影房地一体确权登记技术路线

利用GPS-RTK 进行控制点的测量，采用WPM 软件进行航线布设，选择光线充足天气晴朗的天气进行航空影像数据采集。外业作业结束后，内业进行数据的解算和地籍图的测绘。将模型拷贝到电脑上，在内业进行权利人现场指界，并将有疑问的地籍图制作成为调查地图，入户进行权属资料的收集并签字，完成地籍图的公示和入库工作[7-10]，具体的作业流程如图1 所示。

图1 倾斜摄影房地一体确权登记技术路线图

2 倾斜摄影测量技术在房地一体项目中精度影响因素及解决方案

通过分析倾斜摄影测量技术在房地一体中的流程可知，影响后期地籍图成果精度的因素主要在于空三成果的精度和采集成果的精度。因此本文重点对上述两方面问题进行探讨，并提出切实可行的解决方案。

2.1 影响空三成果精度的主要因素及解决方案

2.1.1 POS 精度不高

从目前无人机搭载的POS 来看，主要分为常规POS和差分POS，前者精度一般在10 米左右，后者精度较高，一般可以达到分米级。但是对于测绘来说，这样的精度并不能满足其对地籍图精度的要求。且目前常见的多拼相机，在实际作业过程中，记录POS 的装置，记录相机曝光时的位置，都是记录的下视镜头的位置，并没有对每个镜头曝光时的位置进行记录。如图2 所示，是一个5 拼倾斜相机。

图2 5 拼倾斜相机

针对上述POS 精度不高问题，本文在分析了5 拼相机之间的相对关系后，提出以下视镜头POS 为基准，对侧视镜头POS 解算的方法。首先从相机改装厂商处获得5 拼相机平台安置参数，其次利用Matlab 编程，以下视镜头安置为基准，编出侧视镜头与下视镜头之间的函数式，然后将下视POS 数据作为输入数据，通过解算得到其余4 个侧视镜头的POS 数据。由于采用解算，可以得到每个相机曝光时的精准位置，准确还原被摄物体与曝光时的关系，这样有利于后期数据的高精度解算。

2.1.2 控制点精度不高

控制点精度不高主要分为两个方面，一是采集的控制点本身精度就不高，误差较大。目前GPS-RTK 采集精度一般在1～2cm 左右，对于地籍测绘成果来说，其精度完全满足要求，但是作为控制点，引入空三进行平差，由于误差存在积累，会导致后期成果精度可能超限；二是在内业进行转刺时，对点位判断不准确，导致转刺的点位不准。

针对常规GPS-RTK 采集精度不高的问题，可以采用静态的方式进行坐标点位的采集。通过较长时间的采集，可以得到mm 级的精度坐标成果。针对内业转刺控制点，对点位判断不准的问题，可以通过喷涂靶标的方式进行，如图3 所示，左侧是采集的传统特征点，右侧是采集的靶标点位。

图3 两种控制点点位

在内业进行点位判断转刺时，传统的特征点，很难在内业进行准确转刺，而喷涂的靶标，和地物对比分明，可以准确对点位进行转刺，从而提升空三的平差精度。

2.1.3 软件算法不够完善

目前倾斜摄影数据解算软件较多，有的软件虽然解算速度快，但是其是以牺牲精度为代价的，因此其精度低。不同软件采用的解算和平差算法都不一样，因此不同软件解算的空三成果是不同的。通过对目前主流的几款软件分析可知，上海瞰景的Smart3D 软件解算精度较高，条件允许时，可以优先使用该软件进行数据的解算。

2.1.4 相机参数不准确

由于无人机对荷载的重量有要求，且从相机成本出发，无人机上通常搭载的相机为非量测数码相机，这种相机本身属于变焦相机，但是对于测绘来说，变焦获取的影像，很难进行准确解算，因此在实际作业中，都需要将焦距固定起来。由于目前倾斜相机检校成本较高，因此为了有效降低成本，且提升相机参数的精确度，一般都是通过软件自检校完成。即将少量5 镜头影像导入软件中，对其进行多次平差解算，得到精度较高的相机焦距和其余的内方位元素，然后将这些得到的参数，运用到整个数据的解算中，这样不但可以有效提高数据的解算效率，且解算精度也会有明显提升。

2.2 影响地籍图采集精度的主要因素及解决方案

2.2.1 作业人员水平不够高

地籍图采集对作业人员的水平要求是较高的，首先作业人员要对地籍采集要求非常熟悉，在采集的过程中，就要能够一次性采集到位，对于屋檐，需要根据当地政策进行取舍。对于作业人员水平不高，一是通过不断练习来提升采集水平，二是让其熟知相关规范，这样可以有效保证地籍图采集的精度。

2.2.2 模型精度不够高

模型精度不够高主要有两方面原因，一是空三加密成果精度本身就不高，这样误差不断传递，模型精度就有了明显的下降；二是模型的分辨率本来就不符合作业要求。通过长期作业可知，模型精度基本上是影像分辨率的3 倍，即当采集的原始影像分辨率为1.5cm 时，则模型的精度在4.5cm 左右，这样最终得到的地籍图成果精度才有可能符合地籍规范要求。

对于影像分辨率不符合作业要求的情况，首先要对航摄原始影像进行检查，杜绝前道工序不合格的产品进入下一工序，即对航摄成果的分辨率进行检查。检查的方法主要有：a.检查多镜头相机的焦距。假设作业时使用的相机为5 拼相机，且下视镜头和侧视镜头之间的夹角为45°，这样一来，要想获得分辨率相同的影像，侧视焦距必须是下视焦距的1.4 倍，这样才可以得到同分辨率的原始影像。b.检查航线设计相关参数。对于影像获取来说，其是按照规划好的航线进行航飞作业，通过对航线的参数进行检查，就可以知道所采集的影像的实际分辨率。c.利用少量照片进行空三加密解算，通过空三加密报告就可以得到每张影像对应的地面采样分辨率，这样就可以知道获取的影像采样分辨率是否能够满足项目需求。

2.2.3 模型质量较差

模型质量较差是多方面因素引起的，但其中最重要的一条还是盲区太多，导致匹配的可靠点少，因此模型变形严重，质量不够高。目前倾斜摄影常规作业方式使用的是固定高度，对于平坦地区，地形起伏不明显区域来说，采用固定高度，获取的影像分辨率基本相同，且重叠度也基本一致，但是对于地形起伏明显，存在较高构建筑物的地形来说，固定航高获取数据是不可靠的。如图4 所示，是倾斜摄影获取地面影像的示意图。

图4 倾斜摄影示意图

由图4 可知，当被摄物体距离相机更近时，其获取的影像对应的实际位置更小，这样在获取建构筑物时，高层的建构筑物重叠度会明显降低，有可能会因为重叠度不高而导致模型出现破损，因此对于地形起伏变化，存在较高建构筑物的测区，采用传统常规方法是不可行的。通过分析航摄原理可知，可以采用变高飞行和仿地飞行的方式来进行作业，这样就可以确保获取的影像重叠度满足要求。因为误差存在传递，对于模型质量较差，精度不高，采集的成果精度不能满足项目要求的部分，则可以采用传统的立体像对进行采集。首先导出不含连接点的空三加密成果，然后利用专业的软件对其进行提取，得到每个镜头对应的内外方位元素，然后将其恢复到立体环境下，在虚拟立体下完成地籍图的采集。

3 案例分析

本次任务位于甘肃省天水市清水县某一村落，该村落地势起伏较大，房屋依靠地形的起伏分布，采用倾斜摄影方式进行该村的地籍图测绘。作业主要分为三部分，即外业数据获取，内业数据的解算和地籍图的测绘。

3.1 外业数据获取

考虑到地形以及项目需求，本次航线规划按照航向、旁向重叠度为85%设计，地面采样分辨率为1.5cm，倾斜相机选用5 拼相机，采用仿地飞行的作业方案进行航空作业。控制点按照300 米的间距均匀分布，任务区边缘、拐角处增加控制点数量，并在精度薄弱区域布设适量检测点，控制点的点位采用喷涂的靶标，检测点的点位则采用特征界址点。完成航线的规划和控制点、检测点的采集后，确保安全的情况下进行无人机起飞，对任务区进行影像数据获取。本次共采集控制点32 个，检测点15个，获取5 镜头影像共13525 张，获取下视POS 共2705个。

3.2 内业数据解算

利用Matlab 编写的程序，以下视POS 为基准，结合相机平台安置参数，对4 个侧视镜头的POS 进行解算。利用解算后的POS 和少量的照片，在上海瞰景的Smart3D软件中进行空三加密解算，通过多次平差调整，得到精度较高的相机参数，然后利用优化后的相机参数和POS数据进行解算，得到高精度的空三加密成果，然后将控制点引入并转刺，转刺完成后进行平差调整，得到高精度的平差成果。

3.3 地籍图测绘

将模型恢复到EPS 软件中，对于模型完整的区域，利用裸眼的方式进行地籍图的采集。对于模型变形严重的区域，则采用虚拟立体像对进行采集。利用模型进行采集时，需要准确采集界址点，对于无法准确采集的，则调用立体像对进行采集。采用两种方式互补，快速高效完成地籍图的测绘。对于无法判断的属性，将地籍图输出为工作底图，提供给外业作业人员进行属性调查。

4 精度检测

对本次采集的15 个特征检测点的精度进行检测，检测统计结果见表1。

表1 界址点精度检测统计表

结束语

本文提出倾斜摄影测量法在房地一体确权登记中的应用，并对其整个作业流程进行了概括介绍，重点分析了影响最终地籍图成果精度的几个因素，并给出相应的解决方案。最后以实际项目为例进行了精度验证，通过检测可知本次检测点的平面点位中误差为±3.6cm，成果精度可以满足地籍规范要求，本文的方案可以为同行作业人员带来借鉴，具有一定的实用性。