基于无人机倾斜摄影测绘技术的农村不动产权籍测量

杨学武 YANG Xue-wu

（赤峰市不动产登记中心，赤峰 024000）

0 引言

长期以来，采用传统的全野外数字测图模式进行农村不动产权籍调查和测绘工作，存在成本较高、工序繁琐、效率低下等问题。随着科学技术的飞速发展，越来越多的测绘新技术开始涌现并被广泛应用于测绘各行业。无人机倾斜摄影测量技术是近几年发展起来的新技术，能够真实、全面反映房屋、道路的界址和面积等信息，具有高精度、高效率、操作自动化等特点，在不动产测绘领域有着较好的前景。该技术的应用是解决各种土地纠纷、推进不动产权籍测量工作优化的有效途径。对此，本文研究了无人机倾斜摄影测绘技术在某农村不动产权籍测量中的优势、测量技术流程、内外业数据处理技术等，并将该技术与常规权籍测量方法和三维激光扫描方法在精度、效率、难度等方面进行综合对比，以期为不动产权籍测量提供更多更灵活的选择。

1 无人机倾斜摄影测绘技术原理与应用优势

1.1 测量原理与关键技术

无人机倾斜摄影测量技术是集无人机技术、传统航空摄影技术、GPS 差分技术等多种技术于一体的新型测绘技术，其技术原理为在一个无人机平台上搭载多个传感器，从垂直、倾斜等多角度获取地物的空间信息，配合GPS 和POS 定位定向技术记录拍摄点的位置信息，运用数据处理软件构建三维模型，最终生成数字线划图（DLG），获取地面物体更加完整、精准的信息。无人机倾斜摄影测量技术的发展不仅扩大了该技术在测绘各领域的应用范围，也推动了测绘行业的进步。在农村不动产权籍具体的测绘作业中，倾斜摄影测量的关键技术包括航摄规划、像控点布设、空三加密等技术。一般无人机飞行测量前，需要结合摄区地形情况、宅基地格局、房屋结构等因素设计合理的相机参数、航线规划和飞行速度等。合理的航摄规划是测绘影像有着较高质量的保障，也是减少补测和返工的主要途径。根据规划的航线长度、测区面积等选择合理的像控点个数，通常像控点会均匀分散在测区的中心和四角位置。空三是空中三角测量的简称，空三加密技术是以像片上量测的像点坐标为依据，采用相关算法，根据少量的野外控制点，在计算机上解求出所摄地区未知点的高程和地面坐标。空三加密技术是决定倾斜摄影测量最终成果质量的重要因素[1-2]。

1.2 技术应用优势

无人机倾斜摄影技术在智慧城市、智慧旅游、农村不动产权籍测量以及违章建筑监测中应用广泛，基于该技术获得的实景模型能够为各领域提供大范围真实的地理环境、丰富全面的建筑物信息。将无人机倾斜摄影技术应用于农村不动产权籍测量中可发挥其全方位数据采集、高效率、高精度、操作自动化等多项优势。从垂直、前、后、左、右五个角度进行数据采集能全方位获取地物空间信息；快速的业外数据采集、自动建模与数据处理大大缩减了测绘时间，节约了人力，将大量的外业工作转移到业内，降低了业外劳动强度，同时也能够减少测绘工作受天气因素的影响；倾斜摄影测量的分辨率已经达到2cm，可较好满足农村不动产权籍测量作业的数据精度要求；该测量方式获取的三维数据带有空间位置信息，能够同时输出数字表面模型、数字线划图和数字高程模型等数字成果，且数据成果有着较高的应用价值，可继续应用于规划、管理领域。

2 农村不动产权籍测量

随着倾斜摄影测绘技术的快速发展，其在农村不动产权籍测量中的应用前景更加广阔，为进一步验证该技术相比于其他技术在工作效率、数据精度、技术难度等方面的优势，采用该方法与常规不动产权籍测量方法、三维激光扫描测量方法对某农村进行不动产权籍测量对比。该调查区的地势不平、宅基地格局不规则，区域内老房较多且房屋结构不规则，宗地界址、房屋实际面积的确定存在一定难度[3]。

2.1 常规权籍测量方法

全站仪测量是一种常见的外业数据采集方法，将其应用于该试验农村不动产权籍的测量，具备流程简单、设备成本低、测量方法多等优势，但单独使用全站仪进行测量需要大量人力物力，且受天气变化、农村地区树木遮挡等影响较大。对此，将其和GPS-RTK 测量方法组合应用，弥补各自缺陷，减小测量误差。

在该试验农村不动产测量中，先进行GPS 首级控制网的布设，在目标明显、点位位置较高、无遮挡的位置埋设控制点，构建平面控制网图。根据GPS 接收机选用要求，采用三台双频GPS 接收机进行观测。GPS 控制测量工作模式为载波相位静态相对定位模式。经初步检查后开机，记录开机时间、测站编号以及天气情况，在接收机旁不使用其他电子设备以免影响测量精度。D、E 级GPS 控制网静态测量技术要求如表1 所示。

表1 GPS 控制网静态测量技术要求

采用数据处理软件进行基线解算，经过基线向量计算，检核，进行三维无约束平差，评定控制网精度。对于该农村不动产首级控制测量观测文件有14 个，站点数9 个，基线24 条。在此基础上布设二级图根控制点，根据该农村不动产密集程度和通视条件布设15 个图根点。运用动态RTK 测量图根控制点，可保障控制点的精度均匀，获得15个控制点的三维坐标。从其中选出5 条边，检测边长的距离，发现边长的核验误差小于1/3000。之后进行界址测量，为该农村不动产地籍图绘制提供位置信息。使用全站仪结合动态RTK 进行界址测量，观测到95 块宗地，135 个房屋界址点。同时观测了区域范围内的房屋、围墙、道路等地物要素，运用Cass9.1 成图软件绘制该试验农村的地籍图，运用坐标法可测得宗地面积[4]。

2.2 无人机倾斜摄影测量方法

2.2.1 工作流程

无人机倾斜摄影测量工作包括前期准备工作、像控点布测、影像采集、数据检查整理和导入、空三加密处理、制作数字线划图（DLG）等，其基体的工作流程图如图1 所示。

图1 无人机倾斜摄影测量技术流程图

2.2.2 外业数据采集

本次试验采用“六旋翼无人机AC1500”平台，该无人机系统的成本低、可靠性高、体积不大、操作使用简单，且定位精度与影像分辨率也较高。六旋翼无人机AC1500 的技术参数如表2 所示。

表2 无人机技术参数

搭载的倾斜摄影相机为AP2300，其影像像元大小4.88um，焦距24mm，地面分辨率为0.02m。根据这些数据可计算无人机飞行时相对于基准面的垂直距离，将该试验无人机的航高设为150m。为保障后续的影像匹配和三维模型的良好构建，确定航向重叠度和旁向重叠度均为75%。根据测区0.12 平方公里的总面积，设定四条航线，航线间距55.3m 左右，拍摄间距35m。在该区域设定12 个像控点，像控点立体、均匀分布在测区内。采用动态GPS-RTK 测量技术进行像控点测量。在测区内选择宽阔平坦的地方组装无人机，在地面遥控控制板上输入航摄规划和摄影任务，进行航空倾斜摄影。无人机在该测区的航摄飞行过程中，航线总长达4 公里，采集的影像总数为99 张，飞行时间总共0.2 小时[5-6]。

2.2.3 内业数据处理

在业外获取该测区影像信息的基础上，进行业内影像处理以快速构建测区的三维立体模型。 采用ContextCapture 软件进行业内的数据处理与建模，数据处理的具体流程为：首先进行数据预处理，检查采集数据的完整性与可靠性，删除废片，对多种数据进行联合差分解算获取高精度POS 数据。采用ContextCapture 软件创建工程，下一步将全部照片和POS 数据导入，同时输入相机的参数信息，自动进行影像匹配，将野外布设的像控点和影像进行关联，进行空中三角测量生成空三报告[7]。软件自动完成该农村区域三维模型的构建，生成该试验农村区域75 块宗地实景三维模型[8]。该农村部分区域三维真实模型如图2 所示。

图2 三维真实模型

利用EPS 三维测图软件制作该试验农村1:500 DLG图。采集居民地及围墙、交通及附属设施、管线及附属设施、植被等地物要素和地貌要素，绘制标准房屋、道路和其他地物要素，输出DLG 图。

2.3 三维激光扫描测量方法

三维激光扫描技术是一项定位精度高、自动化程度高、数据采集快的新兴技术，通过扫描物体采集大量的三维点，可快速处理点云数据并构建出目标物体的三维立体模型，给出各种几何数据。将该技术应用于农村不动产权籍的调查能够在短时间内完成大量的测量任务，极大地提升了作业效率，且该技术定位方式多样，可较好保障采集数据的精度。但相比与前两种测量方法，三维激光扫描系统的硬件和软件设备价格都较为高昂，测量过程中设施的损伤会造成巨大经济损失。该技术的细节复杂，作业难度较高，需要专业的测量人员。

采用移动背包扫描仪对该农村不动产权籍进行测量，先进行准备工作，对于该试验农村进行扫描轨迹的规划，基准站的设置。然后按照规划路线对巷子、院子、房屋等采集点云数据，最后扫描路线闭合完成采集任务。将获取的外业数据包括POS 数据、点云数据和GPS 数据进行处理。采用轨迹解算软件，解算出移动背包的POS 数据，消除误差，进行统计分析生产有位置的点云数据。运用自动预处理软件自动进行时间匹配，消除重叠数据之间的误差。融合多种数据生成点云数据，再与影像数据融合得到真实的三维点云数据，从中提取不动产要素，绘制出该农村的宗地图、房屋分布图等[9]。

3 试验结果分析

基于以上三种方法进行该农村不动产权籍测量的对比分析，明确该测绘新技术的应用优势。

3.1 精度分析

界址点精度对比参考值为0.05m，界址线边长精度对比参考值为0.1m。以常规权籍测量成果为参考，为其他两种方法进行精度对比。将无人机倾斜摄影方法和常规方法进行对比，在上述获取的数据成果中选取820 个界址点进行中误差对比，发现无人机倾斜摄影测量界址点数据精度中误差集中在0.05 以下，对比可知约有77%符合界址点中误差。三维激光扫描测量方法与常规方法获取的界址点比对，符合精度规范的界址点约占88%。

在无人机倾斜摄影所得DLG 图中选取243 条房屋界址线边长与常规方法所得边长数据对比计算偏差，发现70%左右的界址线误偏差小于0.05m，三维激光扫描方法获取的边长偏差也集中在0.05m 左右，这两种方法均可满足农村不动产权籍测量精度要求。

3.2 效率分析

在该农村0.12 平方公里共75 块宗地的权籍测量中，常规测量方法和无人机倾斜摄影测绘新方法的作业时间分配表如表3 所示。

表3 不同测量方法下作业时间分配表 单位：h

可见，无人机倾斜摄影测量技术在外业数据采集方面比常规测量模式快十几倍。这两种方法在其他方面所需时间相差无几。从整体上来看，无人机倾斜摄影测量技术使得农村不动产权籍测量时间显著缩减，提高作用效率约56%，充分展现了其快速、高效的测量优势。

在经济效率的对比中，一套常规测量系统软硬件成本在几千几万元，无人机倾斜摄影测量系统成本在几万几十万，而三维激光扫描系统成本为两三百万。技术难度的对比中，常规测量方法最简单，无人机倾斜摄影测量方法复杂度高，第三种方法复杂度较高，作业流程也较复杂。因此，综合来看，效率高、使用方便、成本适中的无人机倾斜摄影测量技术是该农村区域最为适宜的不动产权籍测量技术[10]。

4 结语

无人机倾斜摄影测量技术有着灵活、操作简单、成本低、分辨率高等优势，该技术非常适合范围广、面小、分散的农村不动产权籍调查与测量。经本文在应用优势、技术流程、内外业数据处理关键技术和试验对比等方面的研究，证实了该技术可提高农村不动产权籍测量精度、生产效率以及经济效益。无人机倾斜摄影测量技术今后将在农村不动产权籍测量和管理中发挥更大的作用。