无人机倾斜摄影在土地调查中的应用

王新静　姚怡烨 段晨鑫

摘 要：【目的】在我国土地调查发展过程中，常因技术手段存在缺陷，导致调查工作受到一定的影响。利用无人机倾斜摄影技术来建立实景三维模型，通过三维模型来完成相关调查工作，使土地调查工作更加高效、便捷。【方法】为探讨无人机倾斜摄影技术在土地调查工作中的应用优势，使用无人机搭载单目相机来采集影像，利用ContextCapture Center软件进行三维建模，并与实际调查结果进行对比，分析三维模型的优缺点。【结果】结果证明了该方法的可行性，建立的三维建模的土地边界清晰、建筑分明，可应用到土地调查工作中。【结论】无人机倾斜摄影技术可提高土地调查工作的完成效率，同时为我国未来的国土调查等工作提供支持。

关键词：无人机；摄影测量；土地调查；三维建模

中图分类号：P231     文献标志码：A     文章编号：1003-5168（2024）03-0010-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.03.002

Application of UAV Oblique Photography in Land Survey

WANG Xinjing YAO Yiye DUAN Chenxin

（North China University of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou 450000，China）

Abstract：[Purposes] In the development process of land survey in China， defects in technical means often have a certain impact on the normal progress of the survey work. This paper uses unmanned aerial vehicle tilt photography technology to establish a realistic 3D model， through which relevant survey work is carried out， making the land survey work more efficient and convenient. [Methods] In order to explore the application advantages of drone tilt photogrammetry in land survey work， images collected by drone equipped monocular cameras were used for 3D modeling using ContextCapture Center software， and compared with actual survey results to analyze the advantages and disadvantages of the model. [Findings] The results have proven the feasibility of this method. The 3D modeling results in clear land boundaries and clear buildings， which can be applied to land survey work. [Conclusions] Drone tilt photography technology can increase efficiency in completing land survey work and also provide a basis for future land survey work in China.

Keywords： UAV; photogrammetry; land survey; three-dimensional model

0 引言

近年來，随着我国经济社会的不断发展，城镇化进程不断加快，各个城市土地资源供给越发稀缺。因此，土地调查对当今社会发展的重要性不言而喻。然而，在土地调查过程中往往会遇到地物遮挡、植被掩盖或受极端恶劣天气影响等一系列问题。为解决这些问题，我国正在逐步应用各种新型技术，其中，相对来说更为应用广泛技术是无人机倾斜摄影技术。无人机倾斜摄影技术是近年来发展十分迅猛的一项摄影测量技术，通过在多旋翼或固定翼无人机上搭载单/多镜头的传感器或雷达，从多个角度对待测地区进行数据采集，并结合卫星定位技术，利用pos文件来确定传感器的精确位置，通过地面控制点来计算出影像的坐标信息。无人机倾斜摄影技术是对传统航空摄影测量、摄影测量与遥感等测绘技术的有力补充，具有机动灵活、作业成本低、适用范围广、生产周期短等特点，在快速获取小区域和飞行困难地区的高分辨率影像方面具有明显优势［1］。

1 倾斜摄影技术

倾斜摄影技术通过倾斜相机系统来采集地面物体形态、方位等数据。倾斜摄影技术使用的设备包括无人机、相机系统、POS系统。相机系统通常搭载多个传感器，只有一个传感器采集垂直影像信息，其余传感器分别采集垂直影像中地物的前后左右方向的高分辨率倾斜影像，可完善、精准地获得地物数据［2］。

1.1 倾斜摄影技术特征

倾斜摄影技术具有以下特征：①通过倾斜摄影技术所获取的影像数据包含了地物的形态方位等信息，可对地物进行量测。利用专业软件可在影像上测量出地物的长度、高度、坡度等数据，也可以计算出地物面积。同时，利用相关软件对倾斜照片进行数字线划图及数字地表模型、数字正射模型等数据成果的输出；②倾斜摄影相机系统使用五个不同角度的相机对地物信息进行采集，影像可全方位、多角度地反映出地物信息，更加真实地展示拍摄目标物的外观，进而得到目标地物各个方向的参数，为三维模型的建立提供更加准确的数据；③倾斜摄影技术获取的影像数据效率更高。倾斜摄影技术大多依赖于无人机技术，以无人机为载体，可快速灵活地实现对地物信息的获取。同时，无人机体积小、造价低、操作简便、不受环境条件制约，通过倾斜摄影技术可获取丰富地物纹理数据，可有效提高三维建模的速度，降低成本。

1.2 无人机倾斜摄影技术优势

利用无人机倾斜摄影技术可将土地开发前后的真实情况相对比，对监测区域实行动态监管、实时监测。无人机倾斜摄影技术可满足大比例尺地形图测绘的高精度要求。在使用无人机进行影像数据采集过程中，一般来说，无人机航高较低，且相片重叠度比较高，可为重建过程中的多余观测提供大量数据，提高数据重建精度［3］。无人机低空摄影技术受天气环境因素的影响小，在规划好测区范围后，可在短时间内收集到测量区域内地物影像数据，还可在短时间内构建出地表的真实三维模型，且对外业实地踏勘的要求小［4］。

2 无人机倾斜摄影测量在土地调查中的应用

目前，我国土地调查工作可分为土地利用现状调查和地籍调查，我国所进行的三次土地调查都是围绕着这两方面内容进行的。

2.1 地籍调查

将无人机倾斜摄影技术有效地应用于土地调查的地籍调查中，包括以下四个方面：①获取影像资料。土地调查人员在进行土地权籍调查时，可充分利用无人机倾斜摄影测量技術大范围、高效率的特点来获取地表影像资料，能获取完整准确的地面信息。相比其他遥感技术，使用无人机获取的影像资料数据量更小，后续处理也会更加方便简洁；②测绘数据的收集。在地籍调查过程中，利用无人机倾斜摄影技术获取测绘数据的方式一般有两种。一是手动采集，即调查人员运用现代化设备对无人机进行远程操控，选择与现场的拍摄画面相匹配的影像。二是自动加密采集［5］。自动加密采集是在获取相关信息数据后，调查人员将信息保存到指定的存储地点，并进行加密处理；③土地勘测定界。为了能保证土地勘测定界工作顺利进行，应先在国土资源管理部门的统一安排下，调查区域内的土地利用现状调查成果资料收集，并收集好土地地籍调查资料、土地权利人等信息的证明材料［6］；④突发事件应急［7］。在调查人员进行土地调查过程中，尤其是在进行外业测量等作业时，环境影响因素非常大，容易出现某些自然灾害的突发事件，如地震、山体崩塌等灾害，这些突发事件往往会对调查工作造成阻碍，严重时甚至会威胁调查人员的生命安全，无法使用普通的技术手段进行调查工作。所以，无人机倾斜摄影技术的应用可以更加妥善的对这类问题进行处理。将无人机倾斜摄影技术有效应用于突发事件中，可在第一时间查探灾害情况，对灾区进行实时动态监控，为后续救援工作的开展提供关键信息。

2.2 土地利用现状调查

无人机倾斜摄影技术在土地利用现状调查中的应用主要有以下三个方面。

①内业预判。内业预判是指根据统一制作的正射影像或实景三维模型对地类进行预判，并通过分析原有的调查资料进行辅助工作［8］。在我国第三次国土调查工作中，国家下发的底图影像是二维正射影像，二维正射影像在拍摄过程中容易受到时间和光照的影响，降低耕地边界绘制的准确性。无人机倾斜摄影技术在我国土地利用现状调查中的应用，不仅能有效弥补二维正射影像只能提供地物顶部信息方面的缺陷，还可为内业预判工作提供丰富的数据。具体来说，无人机倾斜摄影技术产生的实景三维模型具有高真实性、高精度的特点，可将地物纹理信息，准确、清晰地反映出来，调查人员可根据这个特点对实景三维模型中的水体类型进行判断，有效节省对较为相似的地界（如水田和未硬化池塘）进行二次判定的时间成本。

②外业举证。在外业举证过程中，调查人员需要对不同类型的举证照片的角度、时间及坐标方位等信息进行详细记录。此外，还要将记录到的信息与图斑信息进行关联对比，这样才算完成外业举证工作。对比其他的技术手段，使用无人机倾斜摄影技术建立的实景三维模型贴图的分辨率相对较高，可精准分辨出不同类型的地物，特别的，三维模型也可分辨出一些其他技术难以探测到的内部地类特征。综上所述，将无人机倾斜摄影技术应用到外业举证过程中，可在很大程度上解决各类差异性图斑问题，并使外业举证的工作效率得到很大提高。但是，外业举证工作目前还存在一个较为严重的问题，即“林下房”的举证工作。在“林下房”举证照片采集过程中，由于举证人员缺乏工作经验等，经常会出现举证照片不合格或漏举等问题，上述问题会阻碍接下来的举证调查工作。常用的解决办法是反复举证，但会浪费大量的人力物力，导致调查工作时间延长。运用无人机倾斜摄影技术可十分完整清晰地展示出“林下房”的侧面与纹理，能有效避免重复举证这一问题，节省了工作时间，从而提高外业举证效率。在我国第三次土地调查外业举证阶段，无人机倾斜摄影技术从图斑导入、航线自动规划，到成果DB包生成、举证拍摄、上传国土调查云平台等环节均用到无人机倾斜摄影技术，既提高了核查的准确性与作业效率，又为第三次全国国土调查工作的开展提供了技术保障［9］。第三次全国土地调查的最终目的是全面查清我国自然资源和土地资源，做到心中有数。在外业举证调查中，在调查底图范围内对所有图斑的属性进行实地调查，从而确保成果准确真实。

③成果数据展示。根据之前全国土地调查的工作经验，最终的调查成果通常有三种呈现形式，即文字调查结果、图件调查结果、数据调查结果。文字调查结果主要展示技术报告、工作报告及数据分析报告；图件调查结果主要为每个调查区域中土地利用情况和一些专题图件；数据调查结果即土地调查过程中的各类数据信息。国家所呈现的土地调查成果相对来说已经非常全面，但调查成果之间过于独立，很难形成一些关联，且调查成果大多以二维数据进行展示，查阅者难以理解，无法有效利用相关信息，更不能对细节方面进行充分研究。无人机倾斜摄影技术可以有效解决土地调查中成果数据过于独立的问题。首先，使用无人机倾斜摄影技术建立的实景三维模型真实、清晰、还原度高，成果显示丰富细腻。其次，三维模型能有效被二维矢量图斑切割，在很大程度上能减少三维模型的存储与运行所占用的空间，并能结合实际情况，选择相同或不同的地物模型进行显示或编辑，从而保障了数据成果的专业性。最后，以三维数据平台为基础，将文字、图件与数据成果融入三维模型数据中，就可在同一个三维模型中对不同形式的成果进行展示，提高数据成果展示的直观性，并有效改善成果数据管理的统一性［10］。

3 无人机倾斜摄影三维建模的应用

三维建模技术是整个无人机倾斜摄影技术中最为重要的技术，是无人机倾斜摄影测量完成后进行的有针对性的项目，三维实景模型的质量与后期的使用效果息息相关。先将不同设站的垂直角度相片与倾斜角度相片相结合，从而形成对地面的二度或三度重叠，保证倾斜摄影影像组能完整地覆盖整个调查区域。再利用内外方位元素对倾斜摄影相片组的几何空间姿态进行恢复，利用地面控制点对整个区域进行实景的三维建模。倾斜摄影三维建模技术流程如图1所示。

本研究使用ContextCapture Center软件对郑州市某地区进行三维建模，使三维建模技术从理论层面过渡到实践层面，通过对无人机倾斜摄影数据进行处理，将三维数据清楚、立体地展现出来，并利用模型对无人机倾斜摄影在土地调查中的应用进行分析。观察三维建模对耕地的建模效果，以此来论证将无人机倾斜摄影三维建模技术应用到调查全国耕地面积之中的可行性。

将数据导入后按流程进行操作，最终得到实景三维模型，如图2所示。

由图2可知，在建立三维模型后，所需要的地物信息、特征等都可清楚表达，很好地展示出了建筑物位置及土地类别，从而极大地提高了影像的利用价值，可满足土地调查需要。

由试验可知：首先，通过建模成果可清楚地观察到建筑物的侧面信息，打破了传统技术只能得到正射影像的限制，能更加完整地获得地物信息，有利于土地调查工作的进行；其次，使用倾斜摄影测量技术进行数据处理，更加方便快捷，可有效提高土地调查工作的效率；再次，无人机倾斜摄影技术受天气或环境的影响小，对外业勘测的工作要求不高，模型也更加真实；最后，无人机倾斜摄影三维建模造价更低廉，在为土地调查工作提供更为精准模型的同时，成本也得到更为有效地节约。

4 结论

本研究主要介绍了无人机倾斜摄影技术在土地调查中的应用，包括无人机倾斜摄影的技术特征及技术优势、无人机倾斜摄影技术在地籍调查与土地利用现状调查中的具体应用，并利用无人机倾斜摄影技术获取的相片数据进行实景三维建模构建。

无人机倾斜摄影技术为我国土地调查工作提供强大的技术支持。无人机倾斜摄影技术三维建模的数据成果可满足土地调查需求，且相较于传统的土地调查手段，使用无人机倾斜摄影技术所构建的实景三维模型进行土地调查，数据信息的丰富程度明显提高，工作效率大幅提升，调查工作的成本也能有效降低。此外，将无人机倾斜摄影技术应用于土地调查中，更有利于调查工作后期的数据统计与数据分析。

参考文献：

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［4］刘洋.无人机倾斜摄影测量影像处理与三维建模的研究［D］.南昌：东华理工大学，2016.

［5］钟敦丽.地籍调查与土地利用现状调查的有机衔接探讨［J］.产业与科技论坛，2020（21）：230-231.

［6］文小勇，毛忠安.无人機倾斜摄影测量技术在线性工程土地勘测定界中的应用探讨［J］.科技创新与应用，2018（32）：175-177，179.

［7］吴攀.无人机低空倾斜摄影测量在地籍测量中的应用［J］.建筑工程技术与设计，2019（25）：4195.

［8］雷瑜，周吾珍.浅析无人机倾斜摄影测量技术在国土调查中的应用前景［J］.资源与人居环境，2019（7）：11-13.

［9］高小琴.无人机航测技术在第三次全国国土调查中的应用［J］.华北自然资源，2020（5）：72-73.

［10］郑辉.浅谈无人机倾斜摄影测量技术在国土调查中的应用［J］.门窗，2019（19）：256.