无人机倾斜摄影测量技术在农村房地一体测绘中的应用研究

万丽娟

（广州市城市规划勘测设计研究院，广州 510000）

1 引言

在当前新农村建设中，仍有许多地区在农村房地一体测绘中使用相对传统的计量技术，无法有效保证数据的质量。目前，农村房地一体测绘中由于房屋修建形式和地形情况往往很复杂，传统的全站仪测图方法观测工作量大、耗时长且 费力，容易产生较大范围的人工测量误差。无人机倾斜摄影测量技术是一种数字摄影测量技术，可以利用专业的测绘软件对无人机航空摄影获得的三维坐标、高度、姿态和图像信息等原始遥感数据进行综合处理和分析，获取相应比例的遥感地物坐标信息。无人机能从不同角度连续获取同一地物位置的图像信息，利用同一点坐标准确获取三维多轴视点的匹配图像，然后通过三维构造建模分析和联合调整等技术，对传感器获取信息的目标探测结果和成图参数资料进行实时分析和可视化处理，形成真实、完善的基础测量数据，为农村房地一体测绘的有序发展提供全面支持[1]。

2 无人机倾斜摄影测量技术特点

无人机倾斜摄影测量技术属于一种三维非接触式影像测量新技术，具有广泛的三维建模、正射影像、遥感图像处理等综合技术优势，无人机倾斜摄影测量技术能够真实地反映地面目标，基于无人机平台提高数据的采集存储效率，并更清晰精准地自动获取图像。在中国农村房地一体测绘中，无人机倾斜摄影可以实时通过物体视角、运动范围和视角距离的连续变化，获得基于同一空间物体运动的多种不同立体图像，实现多角度、全方位、逼真的三维模型重建，从而获得各种实时地形图像和三维测绘结果信息。目前，数据处理软件自动化程度高，节省了时间和精力，通过成熟的三维重建软件可以以较低的成本建立三维模型，使用无人机可以最大限度地节省人力，提高测绘工作效率，避免因时间等因素造成测绘工作的延误。并且应用无人机倾斜摄影测量技术，可以更清晰地获取顶部图像、侧面图像和其他地面建筑物的特定信息，更容易建立三维实体模型，有利于在模型中全面构建地表图像和地表建筑物，与其他类型的技术和测量介质（见表1）相比，无人机在飞行过程中灵活性更强，不受地面建筑物或其他地形因素的影响，环境适应性强，地面图像信息的测量和获取更快、更丰富，可使测绘人员全面掌握测区或建筑物的信息，有效降低测绘总体成本。

表1 传统测量技术与无人机倾斜摄影测量技术对比

3 农村房地一体测绘的应用思路

农村房地一体测绘项目主要包括对农村边界点、房屋角点位置的跟踪探测工作。在测绘期间，需要实施测绘区域的实时图像获取和数据采集，然后规划无人机飞行路线，绘制工作底图并由此生成测量区域内的坐标系统，检查并确定坐标系统的精准度，最后自动生成无人机室内坐标检测曲线和地面测绘结果[2]。为了提高农村房地一体测绘效率，促进工作的顺利开展，应始终坚持科学操作，明确农村房地一体测绘的思路，在农村房地一体测绘前，必须在测量区域内全面布置图像控制点，收集相位控制点的相关数据，利用高精度无人机倾斜摄影获取高分辨率图像，最后，对坐标系进行全面控制和验证，得到精度更高、效果更好的测绘成果。

4 无人机倾斜摄影测量技术在农村房地一体测绘中的应用案例

4.1 项目概述

本项目为河南省平顶山市郏县安良镇房地一体化测图项目，通过无人机三镜头倾斜摄像机低空拍摄采集数据。该项目位于地势平坦的地区，共18 架次用于飞行摄影，飞行高度180 m，航向重叠80%，空中探测面积3.2 km2，共获取航空照片72 819 张。

4.2 图像控制点的布置

为了有效减少无人机地面控制点的分布数量和空间密度，减少无人机的工作量，使用高精度航空差分数据，以确保单个空中探测目标区域覆盖范围在可控范围内，其涉及的图像控制点数量大于6 个。

4.3 数据采集

最终取得的现场数据包括位置数据和原始航空数据，通过对全球同步导航和定位服务系统数据的分析，可以了解无人机航拍状态相对稳定，飞行高度分布稳定，航向垂直重叠度和垂直侧面重叠较合理，图像纹理结构清晰，颜色比较对称，层次较分明。

4.4 真实场景的3D建模

该项目分6 个区块进行数据获取，每个区域采用无人机3个架次。真实飞行场景下建模过程具体描述如下：获取的数据首先导入地图，并分别对3 架次无人机获取的图像数据进行汇总与保存，导到操作区域，然后再创建一个新的项目，导入图像数据和航空POS 数据，同时导入相位控制数据，通过检查控制点的方式，提升测量的准确性，以满足测量要求。所有步骤均在计算机建模技术的基础上设计完成，最终得到安良镇三维模型。

4.5 基于三维模型配备相应信息

获取真实场景的三维模型、正射成像资料和其他三维地形区域数据信息后，使用实景地图软件打开真实的三维模型，制图人员在此软件系统中自动进行场景三维地形捕捉设计和制图，并根据真实的三维场景模型和相关国家标准配备房屋属性信息。

4.6 精度测试结果

验证三维模型精度是否满足要求后，需要验证三维模型和高程模型的精度，根据区域参数确定生成模型的精度，创建真实的三维模型后，将未使用的图像检查点作为模型验证点，以确定模型的绝对精度。通过将该地区大平面图的现有数据与调查获得的三维模型数据进行比较，可以借助人工实地测试的方式，随机选取一个三维模型收集信息，并与实地数据进行比较，在地图生成过程中进行误差分析，研究其绝对精度，经检测，X方向平均误差为0.062 m，Y方向平均误差为0.053 m，满足工程精度要求。

5 无人机倾斜摄影测量技术在农村房地一体测绘中的具体应用

5.1 外业飞行方案设计

从根本上讲，农村房地一体测绘的对象主要是村庄，由于其计量面积有限，在实际调查工作中，村庄位置分布相对广泛，调查的范围相对较广。为了获得高精度、高质量的图像数据，需要选择轻型无人机和小型旋翼单目标飞行系统，该飞行系统的应用优势主要体现在以下方面：（1）飞行系统中相关硬件设备和结构以轻小型设备为主，总体重量小，便于携带；（2）单次飞行的作业面积完全可以满足农村房地一体测绘的总体需求；（3）单透镜系统使测量更加灵活方便，通过掌握测量区域内建筑物的高度和距离，科学调整测量角度；（4）总体成本较小，可以保证飞行安全。同时，在航线规划或方案优化设计中，专业人员必须充分结合当前被检测区域航线的具体情况，科学合理地规划航线，主要用于地面分辨率、飞行高度、图像叠加速度、导航高度等，由于这些设计参数可能会影响图像数据采集的真实性和准确性，因此，应结合测绘需要，合理确定飞行方案。以我国某农村房屋为例，由于房屋分布较为集中，在进行农村房地一体测绘期间，无人机飞行参数设计见表2。

表2 飞行的具体参数

5.2 选择地面控制点布设与坐标系统

应用无人机倾斜摄影测量技术进行农村房地一体测绘时，还需要加强地面控制点布置和协调系统的选择。在此过程中，相关人员应严格根据试验区的航线设置和地形变化合理确定地面控制点的数量，确保地面控制点布设的密度，从根本上保证三维模型的准确性。另外，在控制点的布置中，还要在满足测量精度的前提下，考虑测量成本、时间等因素，使图像控制点的布置方案符合现场测量要求。例如，在农村房地一体测绘中，为了满足航空摄影分辨率为0.0l m 的要求，村庄内各地面控制点之间的距离应大约保持在80 m[3]。一般来说，地面控制点主要包括灰色标记点和油漆标记，在测绘布局规划中，针对区域内地质较为坚硬的地面像控点，通常还需要使用油漆标记，而在地面像控点质地比较柔软且较容易遭受损坏的区域而言，应设置临时灰色标记，并将其用作地面像控点的标志。

5.3 真实场景的3D建模

在农村房地一体测绘中，可以通过无人机倾斜摄影测量技术获得相应的坐标和影像资料，并将获取的数据和信息结合起来，实现实景三维建模。基于真实场景的3D 建模可以将POS 系统提供的多视影像元素作为起始值，应用尺度和算法对图像特征进行科学匹配，也可以使用波束方法实现更高的精度，并加强对测量数据和图像的控制。在计算测量数据的过程中，可以使用Context Capture 系统执行影像匹配算法和自动纹理计算，该算法使用最先进的手段，不断提高三维实体建模的准确性。

6 结语

综上所述，在我国农村房地一体测绘实践中，运用无人机倾斜摄影测量技术，可以有效提高测绘工作的精度，保证无人机测绘数据结果的客观准确性，因此，相关无人机检测和测绘使用单位必须重视无人机倾斜摄影测量技术的推广应用，规范测绘业务流程，提供真实、可靠的数据，准确、完善的建筑物和土地综合测绘结果，必要时，可以利用直观、全面的三维模型和正射影像。无人机倾斜摄影测量技术在农村房地一体测绘中，可以显著提高遥感数据信息传播的准确度和及时性，该技术以其效率高、成本低、响应速度快等优点越来越受到人们的关注，因此，在未来使用过程中，应继续加强对无人机倾斜摄影测量技术的研究，并针对当前农村房地一体测绘中存在的问题提出相应解决方案，促进农村现代化发展。