無人機高精度傾斜攝影技術在地籍測量工作中的可用性探討

朱國強

（天津騰云智航科技有限公司，天津 300300）

1 引言

地籍測量是土地管理工作的重要基礎，主要是精確測出各類土地的位置與大小、境界、權屬界址點的坐標與宗地面積及地籍圖，為土地管理工作和國民經濟建設提供支持[1]。傳統的地籍測量工作，都是依靠大量的人工去實地測量，這樣雖然能夠保證地籍測量工作的精度需求，但是工作效率低，測量周期過長，使得地籍測量工作成本過高[2-3]。

近年來，隨著無人機技術的快速發展，無人機測繪已成為一種新趨勢，已在大量的測繪工作開展中得已應用[4]。但是，無人機在地籍測量工作中應用少之又少，究其原因如下：①地籍測量對于界址點等平面中誤差的精度要求在5 cm以內，目前很多無人機技術還無法滿足這一精度水平；②基于無人機傳統航空攝影的手段，只能從垂直角度獲取地物信息，以形成正射影像，無法獲取較為完整的地物側面信息[5]，進而使得地籍測量外業調繪工作很多，工作效率較傳統地籍測量方法并沒有提高。因此，目前無人機正射影像在地籍測量工作中更多是扮演一個“輔助者”的角色[6]。

傾斜攝影技術是測繪領域近年來發展起來的一項高新技術[7-13]。隨著無人機傾斜攝影技術和高精度GNSS技術的結合與發展，無人機高精度傾斜攝影技術得以實現，這一技術解決了地籍測量工作面臨的“瓶頸”問題，使得無人機測繪新技術在地籍測量工作中大展身手成為了可能[14-15]。

2 無人機高精度傾斜攝影技術系統

無人機高精度傾斜攝影系統主要包括：無人機飛行平臺、傾斜攝影相機、PPK后差分系統和數據處理系統等。

2.1 無人機飛行平臺

本文數據采集無人機平臺采用專業級六旋翼飛行器，重量輕、升力大、荷載能力強，采用免工具快拆結構，支持手動精準控制及航線自主飛行，航時長，抗風性好，并具備一定的雨中作業能力，廣泛應用于險情偵測、技術偵查、邊境巡查、搜救搜捕、路面監測、地理測繪、電力巡檢、森林防火、抗震救災等領域。

2.2 傾斜攝影相機

傾斜攝影相機采用成熟可靠的工業化設計和制造工藝，機身采用工業級ABS材料，高度模塊化的機身組件，設計裝配多臺傳感器；實現高分辨率、寬區域覆蓋的立體影像數據獲取；能適應多種飛行平臺和大多數自然天氣環境。

2.3 PPK后差分系統

航測無人機定制化GNSS接收機，三星多頻高精度測量板卡，輸出頻率1～20 Hz可調。通過差分后處理解算，得到厘米級POS定位精度，輔助空三解算，可有效提高效率。

2.4 數據處理系統

傾斜攝影三維自動建模軟件DP-Smart是一套基于從空地多源序列影像，全自動生成高分辨率三維模型的自動化建模軟件。該軟件基于攝影測量、計算機視覺及計算幾何算法，支持全自動空三解算、密集點云生成、構建TIN網、自動紋理映射等步驟，實現三維模型的快速生成。

3 無人機高精度傾斜攝影技術路線

無人機高精度傾斜攝影技術路線主要包括數據獲取、像控點布設與采集、數據處理與數據成果精度驗證等，無人機高精度傾斜攝影技術路線如圖1所示。

4 地籍測量可用性探討案例

4.1 探討案例一

該案例實際為甘肅省蘭州市榆中縣某村鎮項目。為了保證數據的效果和精度，航飛時，將航向重疊度設為80%，旁向重疊度設為65%，地面影像分辨率優于2 cm，航飛面積為0.25 km2。

為了保證數據精度和驗證最終數據成果精度滿足地籍測量精度要求，在測區內均勻布設4個像控點和6個檢查點，具體分布如圖2所示。

圖1 無人機高精度傾斜攝影技術路線圖

圖2 測區像控點分布（1，2，3，4為控制點，其余為檢查點）

通過PPK后差分解算獲取高精度后差分GNSS數據，從而得到空中影像曝光點的高精度POS信息。利用DP-Smart傾斜攝影自動建模軟件對高精度數據進行空三加密解算、三維重建，進而得到高精度真三維場景數據。生成的真三維場景數據如圖3所示。

圖3 生成的真三維場景數據

從真三維模型上提取相應檢查點坐標值與實際外業采集坐標值進行對比分析，檢查點誤差對比統計如表1所示。從表1可以看出每個檢查點的精度都很好，整體的平面中誤差為4 cm，精度優于地籍測量對界址點等平面位置中誤差小于等于5 cm的測量精度要求，可滿足地籍測量工作的要求。

4.2 探討案例二

該案例是在廣東省某市城區設計的一個補充案例。測區面積為0.1 km2，航飛獲取地面影像分辨率為1.5 cm，測區內共布設檢查點36個，具體分布如圖4所示。

表1 檢查點誤差對比統計表

圖4 測區檢查點分布圖

數據獲取后，通過PPK后差分解算獲取高精度后差分GNSS數據，從而得到空中影像曝光點的高精度POS信息。利用DP-Smart進行空三解算及自動化建模后，在模型上量測檢查點坐標信息，與外業實際采集檢查點坐標值進行偏差對比。通過檢查點的中誤差，判斷模型精度是否能滿足地籍測量精度要求（平面位置中誤差5 cm）。檢查點誤差對比統計如表2所示。從表2可以看出，測區檢查點的整體平面中誤差為2.8 cm，精度完全滿足地籍測量對界址點等平面中誤差小于等于5 cm的精度要求。

5 結論

通過探討案例數據，驗證表明無人機高精度傾斜攝影技術獲取數據成果精度高，可以滿足地籍測量對界址點等平面中誤差小于等于5 cm的精度要求。隨著無人機傾斜攝影技術的不斷發展和提高，其獲取數據的能力和精度必將不斷提升，無人機傾斜攝影技術與高精度GNSS技術的結合，也可大量減少外業像控布設和外業調繪的工作量。無人機高精度傾斜攝影技術將會徹底改變地籍測量工作的作業方式，在地籍測量工作中應用前景廣闊。

表2 檢查點誤差對比統計表