基于無人機傾斜攝影測量技術的地籍測量研究

萬銀錢

摘? ?要：本文以陜西某縣農村地籍測量為工程背景，探討了應用無人機傾斜攝影測量技術進行地籍測量的方法和技術流程，結果表明，無像控無人機傾斜攝影測量技術不僅節省了硬件設備，而且避免了像控測量帶來的各種工作和不便，應用于農村地籍測量后，在保證精度的前提下進一步減少了內外業的工作量，適合大眾化無人機在農村房地測量中的廣泛應用，對當前廣泛開展的農村房地測量具有重要的推動作用。

關鍵詞：無人機? 傾斜攝影? 地籍測量? 無像控點

中圖分類號：P231? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）07（a）-0029-02

在現行的傾斜攝影測量方法中，外業布設像控點是無人機傾斜攝影數據制作的重要環節。外業測量、布設標志都會增加大量的外業工作，而且若像控點布設不合理或者不規范，不僅需要補測像控點，也會對模型的精度產生影響。另外，外業的布設像控點與內業的刺點對作業人員的要求也很高。針對布設像控點出現的問題，有人提出了免像控的傾斜攝影測量技術。它的關鍵技術在于無人機航測系統通過其內置 100 Hz 實時動態差分 RTK 技術和高精度慣性導航 IMU 系統，依托 GNSS RTK 技術，使得無人機飛行器成為空中的 GNSS 流動站，能夠獲取高密度、高精度的航空制圖像控點，這種精密定位技術使得像片位置信息實現和地面控制點同樣的功能。

免像控并不是采用一種技術，而是多種技術的高度集成。然而免像控技術所要求的硬件軟件設備是普通無人機所達不到的。一般的無人機由于體積小、載重輕、成本低，通常配備精度不太高的導航型 GPS，也沒有搭載曝光同步裝置，這都會導致影像數據發生一定的偏移。基于此，本文提出了一種無像控的無人機傾斜攝影測量技術。

1? 無像控無人機傾斜攝影測量技術流程

考慮到傾斜攝影測量建立的三維模型的相對精度（ 即內符合精度） 主要取決于相機拍攝影像時 POS 的精度和影像的重疊度，本文提出了基于無像控傾斜攝影測量的三維模型開展農村地籍測量的思想。該技術的基本思路：在沒有像控點的前提下直接對無人機傾斜攝影進行三維建模，然后在這個三維模型下進行矢量化測圖，最后利用測區內外業均勻測量的10個左右的地物特征點坐標將矢量化的地圖進行坐標轉換，最終完成地形圖的測繪。本文將上述技術在農村地籍測量中進行了實驗，實驗證明，無像控無人機傾斜攝影測量技術在保持精度要求的同時，很大程度上提高了農村地籍測量的效率。

1.1 影像數據獲取及處理

航線規劃是影像獲取的前提，根據測區的實際情況進行航線規劃設計，設置合適的飛行高度和影像重疊度等參數，然后無人機再根據設定好的航線進行飛行得到影像數據。將所獲取的影像數據導入軟件 Smart3D 中，設置好坐標系統等參數。數據導入之后，首先要對照片進行檢查，一些有問題的照片將會直接被篩選出來。接著進行空三處理，空三處理后重建生成三維模型、三維點云和DOM 等。

1.2 EPS三維測圖

EPS三維測圖軟件可以直接對傾斜攝影生成的模型（ Smart3D，Photo Scan ） 進行導入并處理，對圍墻和房屋的邊角進行測量，包括對地面高程點進行提取。首先將三維模型和 DOM 加載到 EPS 中，將生成的三維模型進行數據轉換，直接在三維模型上進行矢量化。在三維模型上采用五點房法或者線劃法對房屋進行繪制，同時可直接錄入房屋的屬性信息，包括房屋結構、樓層數、高度等，利用快捷鍵高速操作。采用 DOM 作為參考，某些地物可在正射影投影（平面）直接進行快速繪制以及在透視投影（ 立體） 進行房檐的改正等。

1.3 地籍圖的坐標轉換及糾正

無像控的三維模型相對精度較高，但是由于無人機自帶的 GPS 精度不高，導致模型以及 EPS 繪制出的地籍圖的坐標發生了一定的偏移，并且無人機自帶的 POS數據就是 WGS84 坐標系統，而地籍成果數據坐標系統為2000 坐標系統，因此，需要對地籍圖的坐標進行轉換及空間糾正。這就需要在外業采集一些高精度的均勻分布的界址點，通過這些高精度的界址點對 EPS 測繪的地籍圖進行坐標轉換及糾正，即可完成地籍圖的測繪。由于測區周邊相片的重疊度比較低，以及相機自身硬件設備精度不是很高，導致建出的三維模型會出現少量的變形。橡皮頁變換的方法常用于對矢量數據進行小型的幾何校正，它是將一個圖層與另外一個與之十分靠近的圖層對齊，調整源圖層以適應更精確的目標圖層，并且橡皮頁變換可以進行局部的校正，通過精度的對比可將幾何精度較低的局部進行再次校正。因此，對地籍圖的坐標轉換和幾何校正采用的是橡皮頁變換方法進行校正。本文的目標圖層即為外業采集的一些高精度的界址點，將需校正的點連接到目標圖層的糾正點上來達到整體矢量數據校正的目的。

2? 實例驗證

以廣東省某縣附近的某個自然村為試驗區，對其進行無人機傾斜攝影測量，然后采用無像控無人機傾斜攝影測量方法進行地籍圖測繪。

2.1 試驗區概況

試驗區位于廣東省珠江流域平原地帶，地勢平坦，為集團式居民地，居住較為集中。試驗區東西跨度為0.2km，南北跨度約為0.3km，面積約為0.06km2。

2.2 航空攝影情況

無人機采用大疆精靈4，航飛高度為80m，采用單鏡頭，飛行 5 個架次，航攝影像分辨率為0.02m，此次飛行方式采用井字形飛行方式。航線設計：航向重疊度為80%，旁向重疊度為70%。本次航攝共拍攝相片1260張，像幅大小為5472像素×3648像素，相機參數：f = 4.5mm，像素大小為 3.34。具體的航線規劃方案參數見表 1。

2.3 三維建模及 EPS 立體測圖影像處理

采用 Smart 3D 進行建模，通過導入照片數據、空三加密、三維重建最終生成三維模型，以及正射影像圖。三維模型建成后，將三維模型在 EPS 軟件中進行數據轉換，生成格式為* .dsm 的模型數據。然后直接在三維模型上進行地籍圖數據的采集，通過五點房或者線劃法采集房屋，在三維模型下采集可避免房檐的改正，提高了工作效率和測圖的精度。外業人員根據內業立體測圖的成果進行外業的調繪及檢查，完成地籍圖的 EPS 立體測圖。

2.4 地籍圖精度

本次試驗采用無像控無人機傾斜攝影測量技術，EPS生成的地籍圖為 WGS84 坐標系統，利用外業采集的 15 個高精度界址點及幾個房角點，將 EPS 測圖成果經過坐標轉換及空間校正得到 2000 坐標系下的地籍成果，如圖 1所示。

為了驗證無像控無人機傾斜攝影測量技術的精度，在試驗區里均勻測量了 7 個房角點坐標用來檢查校正的精度，由于 f1 在空間糾正的范圍之外，所以 f1 點不參與精度評定。在上述試驗測繪的地籍圖中采集了相同位置的界址點坐標進行驗證。檢查點 f2—f7 的點位誤差統計結果見表1。實驗證明，經校正后成果圖的整體平面精度為 0.089 m，根據地籍測量規范可以得出上述實驗結果滿足地籍界址點二級精度要求。總的來說，這個精度是比較低的，主要原因是傾斜攝影用的無人機及相機等硬件設備質量不高，即 pos 精度不夠高所致。

3? 結語

無像控無人機傾斜攝影測量技術不僅節省了硬件設備，而且避免了像控測量帶來的各種工作和不便，應用于農村地籍測量后，在保證精度的前提下進一步減少了內外業的工作量，適合大眾化無人機在農村房地測量中的廣泛應用，對當前廣泛開展的農村房地測量具有重要的推動作用。不足之處在于無像控技術只在小范圍地勢比較平坦的農村地籍測量中進行了試驗驗證，還有待于在大區域的地籍測繪和大比例尺地形測繪中進行試驗探索和驗證。

參考文獻

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