基于低空倾斜摄影测量技术的农村房地一体测绘应用及精度评定

尚 阳

（四川博达建筑勘察设计有限公司，四川内江 641000）

农村房地一体产权登记工作是我国振兴农村发展战略，是加快城乡融合发展的一项重要举措。农村宅基地调查遵循“权属合法、界址清楚”等标准，以不动产单元为基本测量单元，查清或复测集体建设用地、农村宅基地以及地籍测量成果，确保其真实准确，对地上房屋进行权属调查和测量，登记农村房地一体权籍调查数据库，满足不动产登记工作的需求[1]。传统的地籍测量采用全站仪、RTK以及CORS系统开展点位观测，通过大量的外业工作获取界址点数据，人工完成数据整理[2]。传统测量方法的精度较高，但工作效率较低，需要大量的人力、物力成本，周期较长，出现错误时需要外业返工，工作量大[3]。随着无人机摄影测量技术和计算机技术高速发展，无人机摄影测量技术在测绘领域应用广泛，消费级无人机也能够满足大部分传统测量工作精度的要求。测绘过程中，在无人机上搭载多台相机，同时从五个方向采集影像，获取地面影像的数据，利用专业的软件配合计算机的高速处理性能，快速建立实景三维[4]，可以快速获取地面建筑物的外观位置以及高程等属性，实现地籍调查测绘产品的快速生成。文章将倾斜测绘技术应用于农村房地一体测绘，为相关工作发展提供参考。

1 倾斜摄影测量技术

1.1 倾斜摄影测量系统组成

倾斜摄影系统主要由地面影像采集设备和影像数据处理软件组成，影像采集设备主要包括相机、飞行系统以及航向规划软件[5]。

倾斜摄影测绘系统的基本组成如图1所示。

图1 倾斜摄影测绘系统的基本组成

无人机飞行系统最重要的组成部分为飞行控制系统，由惯性导航系统（IMU）、气压传感器以及GPS定位系统等多项测量工具组成，能够在相机高速曝光时准确快速地记录像片瞬时位置和拍摄姿态[6]。倾斜摄影测量的相机一般由五个镜头组成，能够采集地物的正射影像和地物侧面的相关信息。

1.2 倾斜摄影测量建模方法

无人机进行摄影测量工作时，采用来回航线的方式，五个镜头同时拍摄垂直方向和四个倾斜方向。垂直镜头沿着规划航线拍摄正射影像，在拍摄影像时保持一定的照片重叠度，包括航向重叠率和旁向重叠率，保证同一地物在三张及以上照片中存在[7]。照片曝光的瞬间，IMU和GPS系统记录曝光的位置和像片的倾斜姿态，通过计算机处理软件，高速解算数据，通过影像自动匹配和不同像片上同名点的自动识别[8]，利用空中解析三角摄影测量的基本原理，计算获取像片中地物在地面坐标系统中的三维坐标，通过软件自动匹配算法使用拍摄获取的纹理构建地面建筑物的三角网模型雏形，在三角网上进行纹理粘贴，生成地面地物的三维模型。

2 试验区实例分析

文章将四川省内江市某地房地一体化项目作为试点区域，采用无人机倾斜摄影测量构建房屋三维模型。试点区域选取的村落基本为平地，所有区域高差最大为15 m，主要地物为一层房屋、村中街道、树木、田地以及湖水池塘等地物，整个测区测量空域内很安全，无任何危险源。无人机采用飞马D200四旋翼，搭载DOP400 5个镜头的倾斜摄影相机。

无人机具体参数如表1所示。

表1 无人机具体参数

测区内，采用本地CORS系统配合全站仪进行控制点测设，用于三维模型精度的监测，控制点的布设采用人工喷涂的方式进行点位设置，控制点分布均匀，主要分布于道路十字路口以及空场地等区域。

2.1 航线布设

无人机飞行高度为150 m，地面分辨率为0.5 m，像片的航行重叠率[9]为85%，旁向重叠率为75%，在测区边缘，为保证测区全部在观测范围内，外扩飞行航线，实际飞行覆盖范围约为0.35 km2，共计拍摄像片6 028张，像片清晰、质量较高，满足建模需求。

无人机航线规划如图2所示。

图2 无人机航线规划

2.2 模型建立

模型建立需要经过空三加密、联合平差、多视影像匹配、DSM生成、正射纠正以及三维建模等过程。

倾斜摄影测量三维模型建立主要流程如图3所示。

图3 倾斜摄影测量三维模型建立主要流程

采用Contextcapture Center软件进行影像数据的处理工作，通过计算机的影像匹配技术进行多视影像的坐标点链接，采用核线约束法进行匹配点的粗差提取，利用最小二乘法进行同名点的匹配，提高匹配精度，结合外业控制测量获取的控制点坐标进行空三数据解算，对获取的照片进行整体平差。

整个数据解算过程约4 h，未出现因像片质量问题造成的分层现象。使用点云数据构建不规则三角网模型，提出存在明显错位的飞点，通过软件的纹理自动映射，将房屋的贴片信息自动粘贴到影像中，构建三维模型的真实纹理。

三维模型建立效果如图4所示。

图4 三维模型建立效果

3 精度分析

3.1 房地一体精度要求

解析界址点（房角点）精度如表2所示。

表2 解析界址点（房角点）精度

根据地籍测量相关技术标准，通过传统解析法获取的房屋界址点坐标和房屋角点坐标相关精度。

3.2 三维模型精度分析

房地一体测量主要通过界址点坐标误差判断测量精度，采用CORS和全站仪直接获取测区内15个界址点的坐标值，在三维模型中选取同名点进行坐标值提取，对二者进行对比分析。

三维模型点位对比如表3所示。

表3 三维模型点位对比

由表3可知，16个监测点中，3个点的中误差大于0.05 m，但小于2倍中误差，表明坐标中误差在限差范围内，横纵坐标的坐标值均在限差范围内，对比数据表明，倾斜摄影测量获取的三维数据满足房地一体测量精度要求。

3.3 测量应用

针对村庄内存在多层形状怪异的房屋，采用测量三维模型最外围房屋边线的方式，对房屋外围边线进行裁减，保证测量精度的可靠性。无人居住、连垛墙、房屋角落水等实地测量困难的房屋，可以通过三维模型直接内业获取测量数据。主房的附属房屋可以采用公共边的方式使其存在拓扑关系。

4 结语

采用无人机倾斜摄影测量技术在农村房地一体测量工作中代替传统测量方法，可以减少外业工作量，将大量的外业工作量转化为全自动生产的计算机数据处理过程，通过内业工作的方式节省人力、物力。通过试验可知，无人机倾斜摄影测量建立的三维模型满足地籍测量精度要求，可以解决传统测量在房地测量中的薄弱环节，如多层形状怪异房屋、落水房屋以及房屋内部附属等。