無人機傾斜攝影測量在農(nóng)村房地一體測量中的應(yīng)用

楊德浩

（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局一總隊，貴州 貴陽 551400）

隨著測繪技術(shù)的不斷創(chuàng)新與進步，越來越多先進的測繪技術(shù)逐步被應(yīng)用于各測繪工程領(lǐng)域，這些測繪技術(shù)突破了傳統(tǒng)的測量技術(shù)限制，保障了高效率、高精度測量任務(wù)的完成。當前，為加快新農(nóng)村建設(shè)，實現(xiàn)農(nóng)村地區(qū)的科學(xué)規(guī)劃，各個農(nóng)村地區(qū)都開展了房地一體測量。但是，由于傳統(tǒng)的測量技術(shù)相對落后，在宅基地與房屋調(diào)查方面，難以保障測量任務(wù)的順利完成。而無人機傾斜攝影測量技術(shù)具有較高的靈活性、適用性等特征，在房地一體測量中的應(yīng)用具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。

1 無人機傾斜攝影測量技術(shù)的基本概述

在傳統(tǒng)的測量工作中，正射影像往往只能夠通過垂直拍攝來獲得，而在無人機傾斜攝影測量技術(shù)條件下，通過在同一個飛行平臺上多方位傳感器、POS系統(tǒng)的搭載使用，有效實現(xiàn)了垂直、前、后、左、右五個方向上的地表影像采集與獲取。在無人機飛行過程中的控制系統(tǒng)在影像的采集過程，同樣能夠進行拍攝瞬間航向、高度、速度等的控制[1]。在無人機傾斜攝影測量技術(shù)的應(yīng)用過程中，不僅能夠獲得清晰的建筑物頂面、側(cè)視信息與地物紋理信息，還能夠直接利用所獲得的影像數(shù)據(jù)進行三維實體模型的構(gòu)建，在該模型中進行物體長度、角度與面積等信息的直接量測。與傳統(tǒng)的測量技術(shù)相比，無人機傾斜攝影測量技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在高精度、高效率，有較好的靈活性與適應(yīng)性，單張相片的快速測量與獲取，直接進行建筑物頂面與側(cè)面紋理信息的掌握，成本較低等方面[2]。

2 農(nóng)村房地一體測量的基本思路

農(nóng)村房地一體測量工作中，主要包含了對宅基地界址點、房屋房角點的測量、地籍調(diào)查底圖的繪制。要充分發(fā)揮無人機傾斜攝影測量技術(shù)在房地一體測量中的作用，需遵循總體的測量思路：首先在測區(qū)內(nèi)進行像控點的布設(shè)及其數(shù)據(jù)采集，然后布設(shè)航線進行高分辨傾斜影像的獲取，進而制作工作底圖以及坐標系統(tǒng)、點坐標的檢查與確定，最后進行內(nèi)業(yè)測繪成果的生產(chǎn)。

3 無人機傾斜攝影測量在農(nóng)村房地一體測量中的具體應(yīng)用

3.1 外業(yè)飛行方案設(shè)計

外業(yè)飛行方案的設(shè)計是無人機傾斜攝影測量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在此環(huán)節(jié)中，最為關(guān)鍵的是要進行飛行系統(tǒng)、航線規(guī)劃的選擇，飛行系統(tǒng)的選擇與方案設(shè)計將直接決定影像的質(zhì)量、外業(yè)飛行的整體效率。因此，在農(nóng)村房地一體測量工作中，相關(guān)人員必須重點關(guān)注飛行系統(tǒng)、航線設(shè)計。

（1）飛行系統(tǒng)的選擇。在飛行系統(tǒng)的選擇與設(shè)計過程中，專業(yè)人員需結(jié)合拍攝區(qū)域內(nèi)的具體范圍大小、特征進行。從根本上看，農(nóng)村房地一體測量工作中，主要是以村為單位的，相比較而言，其測量面積有限。但是，在實際的測量工作中，由于村落的分布具有分散性，位置分布相對散亂，因此，測量的具體范圍相對較大，如果選用大面積傾斜攝影測量飛行系統(tǒng)，往往難以獲得高精度、高質(zhì)量的影像數(shù)據(jù)，而要選用輕小型旋翼無人機、單鏡頭飛行系統(tǒng)完成測量任務(wù)[3]。這種飛行系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①飛行系統(tǒng)內(nèi)的相關(guān)硬件設(shè)備設(shè)施多為輕小型設(shè)備，整體重量較小，具有攜帶的便捷性；②單架次的作業(yè)面積完全能夠達到農(nóng)村房地一體測量工作的整體需求；③單鏡頭云臺系統(tǒng)的存在使得測量工作更具靈活性與便捷性，通過對被測區(qū)域建筑物高度與間距距離的掌握能夠進行云臺角度的科學(xué)調(diào)整；④整體的成本投入相對較小，能夠保障飛行的安全性。

（2）航線規(guī)劃方案設(shè)計。在航線規(guī)劃方案的設(shè)計方面，專業(yè)人員需結(jié)合被測區(qū)域內(nèi)的具體情況，科學(xué)地進行相關(guān)設(shè)置，主要是進行地面分辨率、飛行高度、影像重疊率、航行高度、云臺傾斜角度等的設(shè)計[4]。由于這些參數(shù)最終會影響影像數(shù)據(jù)的精度，因此在設(shè)計的過程中，需結(jié)合實際情況，在滿足測量質(zhì)量的基礎(chǔ)上實現(xiàn)科學(xué)設(shè)計。比如，以某農(nóng)村房地一體測量為例，其參數(shù)設(shè)計如表1所示。

表1 飛行的具體參數(shù)

3.2 地面控制點布設(shè)與坐標系統(tǒng)選擇

無人機傾斜攝影測量技術(shù)在農(nóng)村房地一體測量中應(yīng)用時，同樣需要加強對地面控制點布設(shè)與坐標系統(tǒng)的選擇控制，這些環(huán)節(jié)的存在主要是要進行后期空中三角測量加密精度的科學(xué)控制。在地面控制點的布設(shè)、坐標系統(tǒng)的選擇過程中，相關(guān)人員需嚴格根據(jù)航飛路線的具體設(shè)定、試驗區(qū)域內(nèi)地形地勢的變化情況，進行地面控制點數(shù)量的科學(xué)設(shè)定。只有保障了地面控制點的布設(shè)密度，才能夠從根本上保障三維模型精度。在像控點的布設(shè)方面，相關(guān)人員不僅要考慮被測區(qū)域的具體情況，還需要在滿足測量精度的前提下，進行經(jīng)濟因素、時間周期等因素的考察，進而使得像控點布設(shè)方案能夠與現(xiàn)場的測量要求保持一致[5]。比如，在某一農(nóng)村房地一體測量工作中，要達到航攝影像分辨率為0.01m的要求，在該村落內(nèi)，各個地面控制點的距離需保持在80m左右。通常情況下，地面控制點包含了灰標與漆標兩種，在布設(shè)的過程中，如果針對的是材質(zhì)堅硬且不易被破壞的地區(qū)，一般需設(shè)置漆標；而在質(zhì)地較軟且容易被破壞的區(qū)域內(nèi)，一般需進行臨時性灰標的設(shè)置。在坐標系統(tǒng)的選擇方面，需嚴格根據(jù)國家的有關(guān)標準來進行，保障坐標系統(tǒng)的合理應(yīng)用。

3.3 實景三維建模

實景三維建模包含了多個環(huán)節(jié)，如空三測量、密集匹配點云、三維建模環(huán)節(jié)。在空中三角測量過程中，特征點提取與光束法區(qū)域網(wǎng)平差是其中的重要環(huán)節(jié)。由于POS系統(tǒng)的存在，其能夠為測量控制系統(tǒng)提供多視影像的外方位元素，并將這些元素作為初始值，而在此條件下，利用尺度和仿射不變特征算法能夠直接對多視影像的特征點加以科學(xué)匹配，根據(jù)匹配結(jié)果進行不同影像之間的連接，進而獲得相應(yīng)的連接點。光束法區(qū)域網(wǎng)平差是空三角測量中應(yīng)用最多的方式，在實際的應(yīng)用過程中，能夠獲得最高的解密精度，進而實現(xiàn)對有關(guān)測量數(shù)據(jù)、影像的精度控制。在農(nóng)村房地一體測量工作中，在試驗區(qū)內(nèi)由于存在影像連接點的像點坐標，利用該坐標與地面控制點的結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)嚴格的平差計算，在此計算過程中，相關(guān)人員能夠準確獲得各個連接點的地面坐標、多視影像的外方位元素信息。通常情況下，在空中三角測量的加密計算過程中，可以直接利用ContextCapture軟件實現(xiàn)，當應(yīng)用這種軟件進行解算以后，就能夠直接獲得相應(yīng)的空三處理效果。但是，即使在這種處理情況下，也常常會面臨空三數(shù)據(jù)的質(zhì)量問題，如果空三數(shù)據(jù)難以達到測量的具體要求，此時，在測量工作中，相關(guān)人員可以通過添加連接點、刪除相關(guān)數(shù)據(jù)的方式進行再次的空三加密，這種重復(fù)的空三加密是為了進一步提高空三結(jié)果的準確性。

當無人機傾斜攝影測量進行了相應(yīng)的空中三角測量以后，需根據(jù)所獲得的相關(guān)測量數(shù)據(jù)與信息，進行三維實體模型的建立。由于在ContextCapture系統(tǒng)內(nèi)可以直接利用影像匹配算法自動進行影像同名點的匹配，這種匹配算法的存在與應(yīng)用使得在系統(tǒng)的影像資料中，能夠直接進行多個特征點的提取，進而獲得密集點云。在空中三角測量以后，由于不同的影像之間能夠直接建立三角TIN關(guān)系，經(jīng)由這種關(guān)系，系統(tǒng)能夠自動進行白模的生成，再加上ContextCapture軟件的自動紋理計算功能，能夠?qū)⒂嬎闼@得的紋理直接在白模上加以映射，而這種一一映射的對應(yīng)關(guān)系使得三維實體建模具有自動化、高效化的特征。

3.4 EPS三維采集

當獲得了農(nóng)村房地的傾斜攝影測量模型以后，EPS地理信息工作站能夠在該模型中直接進行相關(guān)三維信息的導(dǎo)入與采集，信息的自動化處理使得在該模型內(nèi)部能夠直接獲得農(nóng)村的房屋、圍墻、陽臺以及其他附屬設(shè)施的準確測量信息，還能夠直接進行地面高程點信息的提取。具體來說，在EPS三維采集過程中，利用前期ContextCapture系統(tǒng)所生成的三維模型、正攝影像，能夠直接將這些模型與影像在EPS中加載，這種加載過程有效實現(xiàn)了三維模型格式的轉(zhuǎn)變，當轉(zhuǎn)變?yōu)闃藴矢袷揭院螅軌蛑苯舆M行三維模型相關(guān)信息的矢量化處理。在處理以后的三維模型內(nèi)，地籍數(shù)據(jù)的采集更為便捷，而線劃等方式的應(yīng)用可以直接進行房屋繪制，在此繪制過程中，相關(guān)的房屋結(jié)構(gòu)、樓層數(shù)目信息等能夠被錄入系統(tǒng)內(nèi)，進而保障整個測量系統(tǒng)內(nèi)農(nóng)村房地信息的完整性與準確性。

4 結(jié)束語

隨著農(nóng)村社會經(jīng)濟的穩(wěn)步發(fā)展，農(nóng)村房屋測量在近年來逐步成為國家工作的重點。而無人機傾斜攝影作為一種新型的測量技術(shù)，在農(nóng)村房地測量工作中，能夠充分實現(xiàn)農(nóng)村房地的一體測量，保障相關(guān)房屋、宅基地信息的準確獲取，而通過測量所獲得的信息能夠被直接用于農(nóng)村的戰(zhàn)略決策，促進農(nóng)村的現(xiàn)代化發(fā)展。