無人機傾斜攝影測量在農房地調查中的應用

雷國飛

（云南高陽科技有限公司，云南 昆明 650118）

0 引言

為推動農村土地利用管理體制改革，促帶動城鄉協調發展，加快農村宅基地和集體建設用地房地產登記發證工作，按照國家有關文件的具體要求，省、市政府對農村宅基地和集體建設用地進行個案調查和測算，調查中會發現在農村住房等宅基地和集體建設用地中。根據不動產房屋權屬狀況調查相關技術規定和操作規程，對農房地進行登記發證。

1 案例分析

江城哈尼族彝族自治縣農村不動產確權登記發證工作，全程采用無人機傾斜攝影測量完成5000 余宗地外業測繪，內業采用EPS 三維測圖系統V5.0 完成所有數據處理，穩定推進江城縣農村農村不動產確權登記發證工作。屏邊農村不動產確權登記發證工作，其中異地扶貧搬遷安置3000 余戶，全程采用無人機傾斜攝影測量完成外業測繪，內業采用EPS 三維測圖系統V5.0 完成所有數據處理，加快推進屏邊縣農村不動產權登記工作，保障屏邊縣脫貧攻堅成果驗收。

2 系統與構成

2.1 傾斜攝影測量系統

傾斜視角攝影影像測量監控系統主要軟件包括自動數字影像數據獲取系統設備和自動無人機影像數據處理系統軟件兩個主要的大部分，其中自動數字影像數據獲取系統設備由自動無人機成像系統、航向路線規劃處理軟件和數碼相機三個大部分軟件組成[1]。

2.2 無人機系統組成

無人機飛行是運用飛機無線電通信技術實現低空飛行，通過飛機控制站直接發送的飛機指令和飛行信號系統，自動完成飛機各種飛行動作的大型無人機飛行平臺[2]。每種小型無人機都有其自身的許多安全優缺點。比如單翼固定翼小型無人機操作難度大，起飛時對工作場所安全要求嚴格，風險系數相對較高。但其飛行續航時間和飛行時間較長，適合大面積野外作業；多翼螺旋翼小型無人機使其作業過程簡單。它可以在不同的垂直面和水平面上同時起飛和降落，而不必在特定的工作場所起飛。相對安全，但最高飛行速度持續時間短。

（1）飛行平臺機身的保護有三個組成部分：①機身對整個系統的運行起到了保護的作用；②動力設備提供航空飛行的動力；③飛行控制系統對飛行軌跡進行控制。

圖1 無人機系統組成

①整體機身材料固定翼小型無人機整體機身的復合材料一般由EPP（聚氨酯—聚丙烯—發光塑料—聚酯發光泡泡復合材料）、EPO（聚酯發光泡泡材料—聚苯乙烯酸—聚乙烯塑料混合物）、FRP，木材等復合材料具有不同的高強度或低質量；多翼螺旋翼小型無人機的整個機身通常由多種碳纖維復合材料制成；②動力裝備無人機一般采用鋰電池、汽油、水電混合動力、氫氣（德國）等作為主要能源，較為常見的情況是采用轉子式鋰電池供電。由于缺乏鋰電池儲能和發動機，航空旋翼式無人機飛行時間相對較短；③飛行運動控制系統技術是飛機飛行控制平臺的重要組成部分。其主要功能包括一個飛行運動控制系統單元，如渦輪慣性驅動發動機飛行控制和中繼板（IMU）、氣壓和推力空速控制傳感器、GPS 射頻接收機等。

（2）任務設備民用無人機的任務設備主要包括通訊中繼裝置，紅外遙感遮蔽設備，航向規劃裝置等。

（3）基于無人機應用地面飛行控制站的應用地面飛行控制站主要由控制顯示系統、控制數據處理器和網絡數據包傳輸控制系統組成。顯控系統的主要功能是實時顯示和控制無人機的各種飛行運動狀態，無人衛星接收機GPS 和無人攝像機實時鎖定后發射的衛星數，飛機控制電路系統的主要操作功能是通過攝像機航向運動規劃管理軟件平臺，準確規劃攝像機跑道軌跡的運動模式和方向，控制整個飛機的航向運動。

3 無人機傾斜攝影測量

3.1 性能要求

在傳統的同軸傾斜相機成像系統中，鏡頭數目和圖像類型都很大，可以從不同的拍攝場和角度拍攝不同的圖像，實現了單個圖像操作的最大廣度和深度。一般來說，在航空中使用無人機對其飛行器的觀測像元進行測量時，自選航空攝像傳感設備的最高每秒觀測像元測量范圍應為3.5×107 以上。在正常曝光條件下，單個紅外鏡頭的曝光像素時間長度也應直接控制在2×107以上，而紅外鏡頭的曝光像素時間長度也應直接控制在1×108。另外，為了充分考慮某些特殊條件下的圖像測量性能要求，攝像機的正常工作時間應嚴格控制在90min 以上，并特別注意保證其能同時正常工作。

3.2 應用優勢

無人機傾斜攝影在房地產綜合測繪工作中的優勢在于：

（1）由于無人機傾斜攝影在實際應用中可以通過移動視點和改變視角，獲得同一物體的不同圖像，它可以實現房地產結構的多信息全方位的真實三維重建。該技術能有效彌補傳統的攝影測量測繪技術，近年來無人機傾斜攝影技術在測繪市場上取得長足的進步。

（2）運用無人機作為傾斜攝影設備的載體，可以快速轉換視角，借助高精度的POS 數據和機載后差分數據獲得準確的位置信息。同時，縮短了數據采集周期，降低攝影測量成本。現階段，數據處理軟件的自動化程度較高，通過成熟的三維重建軟件可以實現低成本的三維建模。

（3）因為使用無人機設備可以最大限度地節省有關人力，提高測繪工作的有效性，可以更好地協調農村房地產綜合測繪工作的內外協同關系，防止因天氣等因素造成測繪工作的延誤。而且由于無人機野外攝影測量效率較高，可以節省大量的野外工作時間，也可以更好地提高室內測繪的效率，從而減少人工誤差對測繪工作的影響。

4 無人機傾斜攝影測量在農村房地一體中的應用

無人機傾斜攝影測量技術在農業和房地產中的應用利用無人機傾斜攝影測量技術獲得真實的三維建筑模型，完成房屋權屬集中調查和房地產估價。

4.1 內業數據處理流程

其關鍵在于：①SIFT 特征提取與匹配算法，可以在尺度空間中建立特征，實現特征線與特征點之間的定位與運動匹配；②可以結合POS 數據系統提供的多視點圖像的外方位管理元素，并采用金字塔移動匹配管理策略與dogt 相結合，在多視點圖像的每一級自動匹配多個同名點，構建無圖像的網絡；③建立多視點圖像連接點和圖像控制線，多影像控制點運動坐標與匹配POS 系統數據、多視點影像自標定與區域網匹配平差檢測誤差計算公式。

4.2 外業補測

在分析三維房屋巡查結果和調研成果的基礎上，進行現場人員交流巡查底圖，及時開展房屋管理現場調查。在現場房屋測量過程中，我們利用鋼尺gnssrtk、全站儀、鋼尺等工具，對一些結構復雜、三維實景模型不清晰的房屋進行多項輔助測量，現場隊補測的主要目的是進行以下補測工作：①用三維鋼尺測量房屋邊界特征點，對于邊長超限的房屋邊界特征點，用鋼尺gnssrtk 或用全站儀再次采集，找出邊界特征點；②三維實體建筑模型的邊界拐點不清晰或認為不規則；③測量所有樓盤的建筑面積，不要采集多余的面積。

4.3 EPS 三維采集

EPS 可用于傾斜廣角相機測量系統產生的部分模擬量提取值的數據導入和綜合分析測量處理，也可用于房屋、墻壁、陽臺等相關及附屬建筑設備的部分模擬量提取值的分析測量，或可用于模擬提取從墻到地面高度點的值。首先，將直接生成的三維圖像模型和正射三維圖像直接加載到EPS 中，直接生成的三維圖像模型值通過向上格式轉換，然后在三維圖像模型上直接向上量化[3]。在三維房屋模型上可以直接實現對所有地籍信息數據的自動分析和實時采集。用五點房或線房分割圖繪制整個房屋模型。用戶在繪制地圖時，甚至可以對整個房屋模型中所有建筑物的主體結構進行分析，實時輸入各個樓層面積數等建筑物屬性的信息數據。一些圓形建筑在常規投影激光投影（三維平面）下可以快速地在三維圖像中描述，一些屋檐在三維透視反射投影（三維平面）下可以直接修改或校正。

4.4 數據處理

無人機攝影完成后，需要對攝影中的大量數據進行分析和處理，為今后其他項目的應用做好準備。與傳統的圖像攝影技術相比，傾斜圖像攝影技術可以從多個角度獲取被測物體的相關信息，大大提高了圖像處理的維數。多角度獲取數據也可以為圖像處理工作者提供更多的參考，從而大大提高圖像處理的效率。此外，裝備了先進傾斜攝影技術的無人機還將配備先進的預處理系統，可以消除拍攝圖像中的所有無效數據，從而大大提高數據處理的速度和精度。

5 結語

傾斜攝影測量技術就是現階段一種流行的不動產測繪技術，它能提高農村不動產在測繪中的工效及工作質量，具有非常高的可行性。