无人机倾斜摄影测量在农村不动产测量中的应用

曾 毅

（长江空间信息技术工程有限公司（武汉），湖北 武汉 430010）

利用无人机进行地籍测量的主要工作就是收集土地及其附着物的土地基本信息，以数据、图表的形式表现，满足土地税收、土地利用规划及土地产权保护等土地利用需求，为相关部门提供相应数据支持[1]。目前，在进行大比例尺小范围的地籍测绘作业时，运用无人机摄影测量技术获取正射影像和三维模型数据已成为一种经济合理的手段。传统地籍测量通常采用解析法进行野外界址点坐标的测量，解析法包括极坐标法、内外测距法和支导线法[2]。运用极坐标法可以测量到待测范围内的全部界址点，但所测的坐标值会受导线最薄弱点、分支导线点和图根点误差传递的影响，导线边和水平角也会受到误差影响[3]。采用无人机测量技术测绘地籍图，是在空三加密过程中运用光束法平差或区域网平差的方法获取权属界址点坐标，得到的坐标精度分布均匀，且不存在误差传递，尤其是在建筑物比较密集的城区或乡镇，利用无人机技术进行测量能够节省大量的时间和精力。

1 无人机倾斜摄影测量原理及关键技术

1.1 无人机摄影测量原理

无人机技术是通过无线电波的远程操纵，在无人驾驶的情况下完成。无人机的飞行遥控平台包括3种飞行方式，分别是人工操控、半自主飞行或是全自主飞行。目前无人机测量飞行平台主要搭载传感器设备（非量测数码相机），在待测区域进行像控点的选择，在无人机操作系统中规划飞行区域与飞行线路，获得低空遥感影像数据，通过图像处理软件进行像片的接边，获得数字正射影像图。无人机测量技术的作业流程包括飞行任务的提出、技术准备、航摄分区、航线设计、像控点布设与量测、航空摄影和观测后数据检查等步骤。无人机测量技术是一种可以实时自动获取测绘工作所需的空间信息，再以图像处理软件作为辅助技术支持的全新测绘技术[4]。与传统的航飞方式相比，无人机以其低风险、低空机动性能好、操作简易、方便携带、性价比高、成本低廉等独特优势，得到广泛应用[5]。

1.2 倾斜摄影测量的关键技术

1.2.1 多视影像的联合平差

多视点图像不仅包含各种垂直式立体摄影的图像数据，还包含了各种倾斜式立体摄影的图像数据。在视点图像的各种角度层次上对多个同名点图像进行自动角度匹配和采用自由格光束法平差，获得更良好的图像同名点自动匹配显示效果[6]。同时建立了多视点影像自检区域网平差中连接点、连接线、控制点坐标和GPS/IMU辅助数据的全网误差分析计算处理方程，通过相互之间联合的解析运算，保证了全网平差处理结果的计算准确性。

1.2.2 多视影像的密集匹配

影像匹配是实现摄影测量的根本性问题之一。多视影像技术具备覆盖广、分辨率高的优势，因此多视影像匹配的第一步就是快速、准确地从多视点的地物上获取三维信息[7]。近年来，多基元、多视点图像匹配逐渐成为研究的热点。目前，建筑物可通过搜索更直观的二维图像特征，例如边缘、墙体结构和其纹理，帮助确定二维向量数据集的结构，将不同视角的二维图像特征转化成三维。在确定建筑物的墙面时，可以选择多个参数因素给予一定权重，将建筑物的墙面区域划分为不同形状和类别，进行平面化扫描和分割，得到相应的建筑物侧边区域。对侧边部件结构进行再造，提取出建筑物屋顶的层次及其轮廓。

2 无人机测量技术进行地籍测量中的应用

2.1 像控点布设

为提高内业操作的准确性，控制点应选用较尖的标记；控点标志的尺寸应大于70 cm，具体点位应明确标示；控点应尽可能平坦，以避免有遮挡；可以根据地图的不同选择持久性存在的事物，例如喷涂、胶布等，像控点上的标记物应该与其他地表的颜色有鲜明对比。

为了确保最终数据的准确性，在拍摄前必须布设像控点标志。在混凝土路面、沥青路面等硬地面上选择图像控制点时，一般采用油漆对图像控制点进行标记；图像控制点选择在土壤较软的地方时，通常使用黏土粉作为图像控制点标记。

2.2 试验区概况

本次试验区域为陕西某县，总面积600 km2，地势平坦，地形高差在10 m以内。主要地物为1～3层房屋，农田、池塘、树林等。无人机作业时间为13：00～15：00，在该时间段内，测区内天气晴朗，光线适中，1～2级微风，适合飞行。

2.3 航线规划方案和航飞参数设计

（1）本实验测量区域为村庄，面积较小且位置分布、覆盖范围较广，计划两天完成飞行任务，采用CGCS2000坐标系，1985国家高程基准，明确成果格式为原始航拍影像格式、像控点点之记等。

（2）确定无人机机型，选择轻小型翼无人机，相机型号为PSDK102S1075Y，焦距为35.652 mm，影像尺寸为6 000 像素×4 000 像素。

（3）明确航飞区域，是否为禁飞区，利用奥维地图查看测区地况，确认无飞行限制。

（4）掌握测量当天的天气情况，在日出到9：00、15：00到日落两个时间段完成飞行任务。

（5）结合实际地形，将航高适当降低，按优于规定分辨率的要求进行航飞。

（6）重叠度设置需要满足规定的要求。

（7）旋偏角设置不大于15°，满足重叠度情况下，不大于30°。

（8）检查单张影像是否存在欠曝、过曝、云层较多等情况；检查整个测区（用生产快视拼图查看）是否存在漏片、错拍、空洞等情况，发现后须及时进行补拍。

本试验设计航高为90 m，地面分辨率（GSD）为1.5 cm，按照常规地籍测量航向80%旁向重叠度70%进行作业。航片地物轮廓清晰、色彩均匀，满足项目的使用要求。

2.4 数据处理及模型效果

2.4.1 空三结果

将前端获得的数据经Context Capture数据处理软件整理后，输入所布设的实测的像控点坐标，在图像上刺点，得益于相机出色的光学组件，空三解算一次通过，未发生分层等问题。

2.4.2 模型效果

本项目建立的模型效果较好，无拉花、破洞现象，墙面平直，边角较为分明，适合后期DLG的生产。

模型效果如图1所示。

图1 模型效果

三维模型精度检查如表1所示。

表1 三维模型精度检查 单位：m

点位误差值最大为4.0 cm，最小值为0.7 cm，X方向最大误差是1.9 cm，Y方向最大误差是4.1 cm。对模型进行整体分析，模型整体精度较高，上述误差均满足规定项目精度需求和平面精度规范要求。

2.4.3 地籍图绘制

基于项目完成的真三维模型，使用EPS软件，以模型为基础绘制了DLG，并进行了精度验证，验证的结果满足项目要求。地籍图绘制如图2所示。

图2 地籍图绘制

2.5 界址点点位精度结果统计

以最终绘制的DLG为基础，检验界址点的实测精度与绘图精度差值，精度校验结果如表2所示。检核点平面点位中误差2.89 cm，满足《国家基本比例尺地形图更新规范》（GB/T 14268—2008）、《地籍调查规程》（TD/T 1001—2012）等规范中的不大于5.00 cm的要求，最大允许误差≤10.00 cm的要求，故将倾斜摄影测量应用到房地一体中具有可行性，满足项目要求，充分弥补了传统单点式地籍测量作业的局限性。

表2 界址点点位精度统计 单位：m

3 结语

本项目采用无人机航空摄影测量作为技术手段，通过无人机外业航飞、像控测量、三维模型制作、线划图采集等流程，获取农村房屋不动产登记所需的地籍和房产测量数据。无人机加多镜头相机的组合模式，相较于传统人工测图方式，在效率方面大幅度提高，减小了测绘外业人员的工作强度，经实地采集检查点进行数学精度检查，界址点成果精度完全满足地籍测绘成果精度要求，成果数据可靠，将倾斜摄影测量运用到不动产测量中，使用Context Capture软件进行内业数据处理，具有较好的可行性，未来将成为地籍数据获取的重要技术方法。