無人機傾斜攝影測量在農村不動產登記中的作業方法

曹 強

(浙江省工程物探勘察設計院有限公司, 浙江 杭州 310005)

0 引言

目前,房地一體農村不動產登記項目正在全國多個省市展開。房地一體農村不動產登記是將農村宅基地和集體建設用地使用權及土地上的建筑物、構筑物實行統一權籍調查、統一確權登記、統一頒發房地一體不動產權證書的一項重要工作[1]。

房地一體農村不動產發證工作是黨中央確定的重大惠民工程,連續5年寫入中央一號文件。通過開展房地一體農村不動產登記,能夠使農民享有的宅基地和集體建設用地使用權依法得到確認和法律保護,維護農民合法權益,促進農村社會秩序和諧與穩定。為深化農村改革、推動鄉村振興戰略、促進城鄉統籌發展奠定產權依據[2]。

1 作業流程

房地一體農村不動產登記意義重大,涉及農民的切身利益,所以房地一體農村不動產登記對測量精度要求較高,一般要求房屋界址點精度為5 cm[3]。

目前,房地一體農村不動產登記主流的測繪方法是利用旋翼無人機搭載五鏡頭進行傾斜攝影測繪,在房屋遮擋嚴重或者房屋較分散的區域,采用全站儀+實時動態載波相位差分技術(Real-Time Kinematic，RTK)配合作業的方法進行修補測。

內業主要采用ContextCapture或者PhotoScan進行三維建模和數字正射影像(Digital Orthophoto Map，DOM)制作,然后將三維模型導入測圖系統(EPS)進行三維測圖。

房地一體主要的測繪作業流程如圖1所示。

圖1 房地一體農村不動產登記的測繪作業流程圖

2 飛行設備

房地一體農村不動產登記測繪一般采用旋翼無人機搭載五鏡頭進行傾斜攝影。為獲取高精度的定位定姿系統(Position and Orientation System, POS)數據,差分模式最好采用事后處理的動態相對定位(Post Processed Kinematic，PPK)模式[4]。以飛馬D200航攝系統為例,如圖2所示,設備參數見表1所示。

圖2 飛馬D200無人機

表1 航攝設備參數

3 飛行設計

(1)地面分辨率:根據經驗,傾斜攝影模型精度是同工程正射分辨率的3倍[5]。因此,為了確保平面5 cm精度的要求,影像的地面分辨率應優于2 cm。實際工作中,一般取地面分辨率為1.5～1.6 cm。

(2)重疊度:房地一體農村不動產登記傾斜攝影一般要求較高的航向和旁向重疊度,一般航向重疊度設為80%～85%,旁向重疊度應大于75%。

(3)航高:根據式(1)進行計算。

h=f×GSD/a

(1)

式(1)中:f為鏡頭焦距;GSD為地面分辨率;a為像元尺寸。

D200均采用傾斜相機像主點分辨率規劃航線。

(4)像片地面覆蓋范圍:

根據航攝對應的相似三角形容易得到:

(2)

式(2)中,Sp為像片在飛行方向上(高度方向)覆蓋的距離;Sq為像片在寬度方向覆蓋的距離;dp為傳感器高度;dq為傳感器寬度，如圖3所示。

圖3 航攝對應的相似三角形

4 相控點布設

(1)點位選擇[6]

①控制點應分布均勻,能控制整個測區;

②像片控制點的目標影像應清晰,易于判別;

③影像邊緣畸變較大,因此控制點距像片邊緣不應小于1～1.5 cm;

④一般布設在道路交叉口或者斑馬線角點。

(2)密度要求

為達到房地一體農村不動產登記要求的5 cm的測繪精度,一般航向上150～200 m布設一個像控點,旁向上每隔2～3條航線依次布設。同時應布設適量的檢查點,用于檢查空三和三維模型的精度。

根據之前的研究,像控點數量與空三解算中誤差精度呈冪函數變化。隨著像控點數數量的增加,解算精度雖逐漸提高,但地面控制點數量趨于一定的時候,其解算精度也逐漸趨于穩定[7]。因此上述像控點密度已經足夠滿足測量精度的要求,一般無須再次加密。

(3)內業初選及外業定點

像控點內業初選可利用奧維地圖,按照上述要求進行像控點選擇。

打開奧維地圖,在“視圖”菜單下,選中“比例尺網格”,將網格間距設為100 m左右,即每個網格代表實地100 m×100 m。然后根據選定的像控點間距(150～200 m)在適當的位置選擇像控點點位。

將選中的點位導出“.kml”文件,然后導入手機奧維地圖進行外業實地定點。

(4)像控點標志

經過實踐比較,采用紅漆在道路上布設2個三角形像控點的效果較好,為方便內業刺點,可在標志旁邊將點號寫上。

5 像控點測量

像控點測量使用RTK,采用強制對中桿測量像控點中心坐標,每個點位進行2～3個測回操作,取平均值作為真值,將控制點精度控制在2 cm以內[8-10]。

6 數據處理

(1)差分解算

基于飛馬D200航攝系統無人機管家的智理圖模塊進行融合差分全球定位系統(Global Positioning System，GPS)解算,得到5個相機的精確曝光定位信息。

(2)坐標轉換

POS數據為WGS84坐標,坐標轉換的目的在于將WGS84坐標轉換為與控制點在同一坐標系下的坐標。

(3)空三解算

使用ContextCapture軟件,分別將5個鏡頭的影像和POS數據導入,然后導入像控點進行刺點。

因傾斜攝影影像重疊度較高,同一個像控點在很多張照片上均能找到,實際刺點中無需將每張照片都刺上,一般每個鏡頭選取6張不同拍攝角度的照片進行刺點即可。刺點完成后進行空中三角測量。

空三結束后,須查看空三精度。

(4)三維重建

采用ContextCapture軟件進行高精度三維模型的生成,模型輸出格式選擇“OSGB”,可用于三維測圖軟件使用。

(5)模型精度檢查

三維重建后,必須對模型精度進行檢查。可將模型導入EPS中,讀取布設的檢查點的三維坐標,與實測的坐標進行對比。

(6)EPS測圖

將模型導入EPS進行裸眼測圖,進行房屋采集,對于遮擋區域則需進行外業調繪與補測,完成地籍圖的繪制。

7 實地驗證

以目前正在開展的房地一體農村不動產登記項目為例。

(1)測區概況

測區位于江蘇省徐州市,面積約0.4 km2,房屋較密集,整體較為平整,平均高程約40 m。

(2)坐標系統

采用CGCS2000國家大地坐標系,中央子午線117°。

(3)航飛設計

采用飛馬D200航攝系統搭載五鏡頭。地面分辨率設為1.5 cm,航向重疊度為80%,旁向重疊度為78%,根據式(1),計算航高為134.6 m。

根據式(2),可計算一張像片在飛行方向上(高度方向)覆蓋的距離Sp=60 m,在寬度方向上覆蓋的距離Sq=90 m,一張像片覆蓋的地面面積為5 400 m2。

(4)像控點布設

像控點按照150 m左右的間距布設,盡量布設在道路上,測區共布設24個像控點(K1～K24),同時均勻布設9個檢查點(J1～J9),具體分布見圖4所示。

圖4 測區像控點和檢查點布設圖

(5)空三計算

首先利用基于無人機管家的智理圖模塊進行融合差分GPS解算,得到5個相機的精確曝光定位信息。解算結果為五組POS數據及天線相位中心。

利用ContextCapture軟件進行空三處理。分別導入五組鏡頭的影像和POS數據,導入像控點進行空中三角測量。

控制點和檢查點空三平面精度見表2、表3所示。

表2 控制點空三平面精度

表3 檢查點空三平面精度

(6)三維重建

從表2、表3可以看出,控制點和檢查點空三中誤差分別為0.008 m和0.024 m,精度較好,可以進行三維重建。采用ContextCapture軟件,模型輸出格式選擇“OSGB”,三維重建效果見圖5所示。

圖5 三維重建效果圖

將生成的三維模型導入EPS中,讀取布設的檢查點的坐標,與實測的檢查點坐標進行對比,計算檢查點坐標平面位置中誤差為0.03 m,結果見表4所示。

表4 三維模型檢查點平面精度

從表4可以看出,三維模型精度較好,可以用來進行三維測圖。

(7)三維測圖

將模型導入EPS軟件,利用五點房或者按下鍵盤左邊的CRTL鍵,利用面片的方法來繪制房屋。

(8)成果檢驗

為驗證EPS繪制的成果是否滿足房地一體農村不動產發證測繪精度的要求,在測區內均勻選取25個房屋界址點(F1～F25),利用全站儀進行實測,將實測的結果和EPS繪制的房屋界址點成果進行平面坐標比對,計算點位中誤差。選取的25個房屋界址點分布見圖6所示,點位中誤差為0.037 m,計算結果見表5所示。

圖6 房屋界址檢查點分布圖

表5 房屋界址檢查點平面精度

從表5可以看出,EPS繪制的房屋界址點精度能夠滿足房地一體農村不動產登記測繪5 cm的精度要求。

8 結束語

無人機傾斜攝影測量應用于房地一體農村不動產登記項目,飛行設備一般選擇旋翼無人機加載五鏡頭傾斜相機,差分模式最好采用PPK;地面分辨率應優于2 cm(實際工作中一般取1.5～1.6 cm);航向重疊度一般為80%～85%,旁向重疊應大于75%;像控點一般150～200 m布設一個,四周和中間均勻布設;像控點測量應使用RTK采用強制對中桿測量像控點中心坐標,每個點位進行2～3個測回操作,取其平均值作為真值,將控制點精度控制在2 cm以內。實踐證明,控制好上述關鍵點,生成的成果完全能夠滿足房地一體農村不動產登記測繪精度的要求。