浅析基于无人机技术的不动产测绘

王丝雨 陈骥驰

（1.沈阳市勘察测绘研究院有限公司，辽宁沈阳 110004；2.沈阳工业大学，辽宁沈阳 110870）

1 无人机倾斜摄影

通过在无人机轻型飞行器上搭载多镜头传感器（目前常用为五镜头相机），同时从正射及四个倾斜角度获取同一位置的航摄影像，使得地面物信息更加完善、精准。较比传统单镜头正射航空摄影，倾斜摄影通过多镜头采集，一次飞行能够获得五个视角的影像，从而制作出直观、真实、还原实际的三维模型。无人机倾斜摄影原理如图1所示。倾斜摄影技术在航摄影像采集上更为便捷高效，且作业成本低，数据精度高。其三维模型产品不但革新了传统立体测图的模式，实现了裸眼、全鼠标绘图，同时，还原了实际地物的细节，支持全视角查看，更有利于地物判绘及内业属性判读，降低了外业调绘成本[4-5]。

图1 无人机倾斜摄影原理

现阶段，无人机遥感技术在军用和民用方面得到广泛关注，特别是在不动产测绘领域，无人机遥感完成了对土地资源数据和影像资料的采集，并对资料进行了智能化和专业化的处理分析[6-7]。

2 传统不动产测绘方法

2.1 全野外数字化测绘

全站型电子测距仪（简称全站仪）是集成了传统光学、机械原理、电子学等多学科技术的全能型高级测绘仪器，可以同时测量水平、垂直角度及斜距。全站仪测量是不动产测绘中最常用的外部数据采集方式，全站仪将电子测距、电子测角、数据处理等功能整合，实现自动记录、存储，在一个测站点进行三维坐标测量、定位和自动数据采集、处理、存储等工作，可实现测量和数据处理过程的电子化和一体化。其工作流程主要包括野外实地踏勘、设计作业路线、图根控制测量、界址点测量、野外调绘信息收集、内业数据处理、地籍数据及宗地图输出等。实地测量一般由两人一组共同完成，一人架设仪器，操作读数，另一人设立棱镜。测量人员应熟悉仪器操作，具有一定作业经验。由该方法获得的数据成果精度高且可现场核验，在高精度城乡地籍测绘、房产测绘等领域应用较为广泛。

2.2 GPS-RTK测量方法

全球定位系统实时动态测量，简称GPS-RTK数字测量技术，是现阶段应用较为广泛的测绘技术，可实现坐标系统转换、自动数据预处理等工作。在数据预处理阶段，可通过数据挖掘实现精准的数据传输及自动解码，后期也可实现较为快速的自动运算处理。在CORS基准站数据可靠的前提下，通过增加测回数，可保证地籍测量所需精度。相比全野外测绘，该方法所需外业测量人员较少，但可能出现信号失锁，易造成数据不可用，需要返工测量。

上述两种常用的地籍测量方法虽精度高、较易操作，但人工投入大，不适宜地形复杂区域，且无法保留现场实况，对于误测、漏测需要返工，无法很好地服务于不动产测绘中所关注的时间节点、历史溯源、全局意识等。

3 倾斜摄影测量技术流程

无人机倾斜摄影技术主要工作流程为前期准备（测区踏勘、规划航线、机载飞控检查）、像控点布设与测量、航飞数据获取、空中三角测量、实景三维模型构建、三维测图及正射影像生产等环节，如图2所示。

图2 倾斜摄影技术流程

3.1 前期准备

确定作业区域后首先应进行实地踏勘，了解测区地形地貌及航飞管控情况。根据实际情况进行航线规划，包括五个方面：确定地面分辨率，选取相机与计算航高，选取基准面与计算最小重叠，计算单片覆盖、单像对覆盖、像片数、航线数、航摄面积、总航程等，检查设计质量。同时应进行机载飞控检查，包括五个方面：检查航机、空速、风门、转速、高度计、俯仰、滚转、偏航等，检查供电系统、旋偏纠正云台，检查GPS定位，检查遥控器，检查曝光[8-9]。

3.2 像控点布设与测量

根据不同成图比例尺合理规划像控点布设密度，并按测区形状均匀布设平高控制点，布点困难区域宜采用平面控制点与高程控制点相结合的方式布设点位。为减少投影差造成的误差，像控点应选择特征明显的地面点，或根据精度需求在航飞前通过人工设置标靶的方式布设控制点。

μ的数值可以通过反复试验得到，根据得到的μ值算出抗滑安全系数。目前孤石的抗滑安全系数还没有明确规定，可以参考挡土墙设计中的抗滑移安全系数大小来取值。

通过外业RTK实测或全站仪量测等方式进行像控点坐标测量。像控点在外业测量与航摄采集两个阶段必须保证点位一致、目标清晰。

3.3 航飞数据获取

选择稳定性高的无人机飞行平台，通常搭载五镜头传感器。由于无人机体量轻的特点，易受到风力等天气因素的影响，因此姿态参数和惯导系统精度将直接影响航摄重叠度、立体影像采集范围及正射影像、三维模型的效果。

按照前期的航线设计，选择天气适宜的时间段进行航摄工作。无人机航摄期间注意根据续航能力合理安排架次且保持信号接收通畅。航摄完成后应第一时间确认影像文件、POS数据等原始成果的完整性、可用性。

3.4 空中三角测量

利用多视角影像密集匹配、联合平差等技术倾斜摄影测量数据处理。根据无人机多视角影像覆盖范围广、分辨率高的特点，可采用基于影像分割的密集匹配算法，对核线影像进行色彩分割，采用全局匹配及Ransac方法拟合视差。

联合平差应考虑影像间几何畸变与重叠关系。利用同时间采集的垂直视角影像和各视角倾斜影像，采用由粗到精的分级金字塔匹配策略，在每张影像上进行同名地物点自动匹配和光束法自由网平差，从而得到较为精准的同名连接点。构建连接点坐标、像控点坐标、POS辅助数据的多视影像区域网平差模型，通过联合解算误差方程保证平差结果的可信度与精度。

3.5 三维模型构建与精度检查

采用革新性的解析方法及作业模式，利用Context Capture Center Master专业软件进行自动化三维模型构建。将指定的空三成果，按照格网划分后，分块建模。通过提取高密度点云数据进行面构建，在此基础上先生产出三角网白模，再通过无缝实景纹理映射，最终形成实景三维模型、DSM点云数据等数字化产品。三维模型成果应避免出现建筑漏洞、纹理拉花。利用EPS软件，通过导入检查点、人工矢量数据比对、软件自动统计的方式进行模型精度核查。

3.6 三维测图与正射影像生产

利用EPS软件加载三维模型及点云数据，测图采用所见即所得的全角度观测的方式，无须立体观测，即可实现不动产测绘中建（构）筑物、附属设施、宗地草图等矢量数据采集。值得一提的是，在三维模型的支持下，可在内业采集阶段完成屋檐改正房屋层数、结构等属性信息的提取。外业只需对遮挡严重的区域进行少量补测补调。最后，根据无人机快拼图技术，实现正射影像一键出图。

4 无人机倾斜摄影技术的优势与不足

目前，大部分测量专用无人机能够实现云层下相对航高1 000 m飞行，由此弥补了传统航空摄影在高空云层飞行时受到天气影响及云层遮挡而造成的影像成果模糊、有云影、强反光等情况，提升了航摄影像成果清晰度。

此外，无人机倾斜摄影的优势还在于高精度，高作业效率，强数据分析能力、多种类数字成果。具体来讲，由于无人机起飞准备用时短，对场地要求也较低，测量时间短，因此使其在处理突发问题时具有快速响应的优势。相比于传统人工实地测绘，无人机倾斜摄影测量技术可以有效降低人工成本，除像控点测量外几乎不需要投入外业测量人员，内业通过专业摄影测量工作站也可实现快速、高自动化数据处理。无人机倾斜摄影测量不仅可以获得传统摄影测量的4D产品，且其三维实景模型构建技术，保证了不动产测绘成果的准确性、时效性。

无人机倾斜摄影技术具有四个技术特点：

（1）由于倾斜摄影可以实现从多角度观测地物，因此可以反映地物周边真实情况，弥补传统垂直影像的不足。

（2）利用专业计算机软件可实现对影像的长度、高度、角度、面积等参数的测量，使倾斜摄影技术得以拓展。

（3）由于航空摄影可大规模成图，且倾斜影像可批量提取及贴纹理，因此，城市三维建模成本大幅度降低。

（4）由于倾斜摄影技术获取的影像的数据量比三维GIS技术的仿真三维数据量小很多，因此易于实现、易于网络发布。

当然，无人机飞行对天气要求较高，飞行过程中如遇强风、强雨雪时，容易出现不稳定的情况，且对于大面积作业区域无人机飞行平台的续航能力也不足支撑。此外，无人机对通信系统依赖性也比较高。随着测绘型专用无人机设计愈发优良，以上种种局限性有望得到改善或解决，无人机倾斜摄影测量技术在不动产测绘领域的应用将越来越广泛，优势也更加明显。

5 结语

本文主要介绍了无人机倾斜摄影测量的技术要点，对比不动产测绘中常用的传统测绘技术，总结了其技术特点与作业优势。无人机倾斜摄影技术因其人工成本低、产品应用广、数据处理快、时间节点可溯源、可实现外业困难地区作业等优势，在不动产测绘领域受到了广泛关注与应用。对不同的测绘技术的对比论述有望为今后的不动产测绘工作的具体实施提供有益参考。