無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)調(diào)查中的應(yīng)用
——以蘭溪市農(nóng)村宅基地及住房權(quán)籍調(diào)查為例

趙愛(ài)華 王少文

（富陽(yáng)土地勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，浙江 杭州 311400）

無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)是近年來(lái)在測(cè)量領(lǐng)域發(fā)展最快的一種測(cè)量手段，通過(guò)無(wú)人機(jī)低空多鏡頭攝影，同時(shí)獲取垂直方向和傾斜方向等多個(gè)不同角度的高清晰立體影像數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成三維地理信息模型、快速實(shí)現(xiàn)地理信息的獲取。該技術(shù)具有效率高、成本低、數(shù)據(jù)精確、操作靈活、側(cè)面信息豐富等特點(diǎn)，可滿足測(cè)繪行業(yè)的不同需求。

雖然目前對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行大比例尺地形測(cè)繪的研究較多，但多是以滿足大比例尺攝影測(cè)量的技術(shù)精度要求，即1:500地形圖要求為0.3 m。無(wú)人機(jī)用于地籍測(cè)繪的研究較少，考慮到為農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)服務(wù)，執(zhí)行《地籍調(diào)查規(guī)程》（TD/T1001）標(biāo)準(zhǔn)，房屋角點(diǎn)坐標(biāo)按二級(jí)界址點(diǎn)精度執(zhí)行，即為7.5 cm。

如何通過(guò)無(wú)人機(jī)傾斜攝影完成農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查，目前在浙江省內(nèi)成功案例較少，我公司是較早從事這方面試驗(yàn)的單位之一。2019年我司在金華蘭溪市農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)項(xiàng)目中使用無(wú)人機(jī)傾斜攝影進(jìn)行大比例尺測(cè)圖，測(cè)繪內(nèi)外業(yè)協(xié)同工作，解決了由于天氣等外因造成的工作延誤，把原本大量的外業(yè)工作轉(zhuǎn)變成內(nèi)業(yè)工作，極大地解放了測(cè)繪人的外業(yè)勞動(dòng)時(shí)間和減少外業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度，成果精度滿足二級(jí)界址點(diǎn)要求，通過(guò)了浙江省質(zhì)檢站驗(yàn)收。

1 項(xiàng)目介紹

本項(xiàng)目為蘭溪市農(nóng)村宅基地及住房權(quán)籍調(diào)查和數(shù)據(jù)檢查入庫(kù)項(xiàng)目。本項(xiàng)目涉及蘭溪市蘭江街道、赤溪街道及靈洞鄉(xiāng)洞橋村等30村18000余宗，面積約10.16 Km2，標(biāo)準(zhǔn)圖幅162幅。地形圖二級(jí)地物精度按7.5 cm中誤差執(zhí)行。

1.1 試生產(chǎn)

項(xiàng)目前期選擇已有野外實(shí)測(cè)法地形圖的4個(gè)村（應(yīng)家村、山背村、早利村和會(huì)橋村）進(jìn)行了試生產(chǎn)，用于確定地面分辨率、像按點(diǎn)數(shù)量、重疊度等。將三維模型與地形圖上的實(shí)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)照，按同精度檢查統(tǒng)計(jì)了4個(gè)村的模型精度。模型精度即為傾斜影像數(shù)據(jù)的測(cè)量值與真實(shí)值之間的差值。將從實(shí)景三維模型中提取每個(gè)檢查點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置的模型坐標(biāo)與原地形圖中的實(shí)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量坐標(biāo)作對(duì)比進(jìn)行精度評(píng)估。（表1）

表1 試生產(chǎn)模型精度統(tǒng)計(jì)

試生產(chǎn)結(jié)論：

基于我公司目前的軟硬件及人員技術(shù)，能夠達(dá)到1:500地形圖測(cè)繪一類(lèi)地物的平面精度要求，但富余的精度很有限；完全能夠達(dá)到1：500地形圖測(cè)繪二類(lèi)地物的平面精度要求。因此可以采用無(wú)人機(jī)傾斜攝影的方法開(kāi)展蘭溪市1：500農(nóng)村居民點(diǎn)地形圖測(cè)繪。

1.2 技術(shù)流程

使用傾斜攝影技術(shù)獲取項(xiàng)目區(qū)域優(yōu)于1.5 cm地面分辨率的影像，采用GNSS-RTK實(shí)地測(cè)量滿足精度要求的像控點(diǎn)，內(nèi)業(yè)通過(guò)Context Capture軟件建立三維模型，利用三維采集軟件在三維模型上采集地形要素、地籍要素、房地產(chǎn)要素；外業(yè)對(duì)采集后數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)繪、補(bǔ)測(cè)、檢查、編輯，經(jīng)過(guò)編輯形成地籍與房屋調(diào)查底圖。工作流程圖見(jiàn)圖1。

圖1 傾斜攝影法測(cè)圖工作流程

1.3 基本技術(shù)指標(biāo)和要求

（1）地面分辨率設(shè)定：1:500比例尺成圖所需航片地面平均分辨率為主片不低于1.5 cm。

（2）航向重疊一般在70-80%，取80%為宜;旁向重疊一般在70%，取70%以上為宜；航線彎曲度不大于1%。

（3）為保證一類(lèi)地物精度，航高應(yīng)控制在100m以內(nèi)；在山區(qū)，為了保障安全，可適當(dāng)放寬。

（4）航飛范圍：航向和旁向超出成圖范圍一個(gè)航高，通常為100m。

1.4 像控點(diǎn)測(cè)量

蘭溪市農(nóng)村居民點(diǎn)通常面積較小，一般為0.3 -0.5 Km2，根據(jù)村莊大小一般布置10-20個(gè)控制點(diǎn)，村莊特別大時(shí)，可適當(dāng)增加個(gè)數(shù)。通常取3-5個(gè)做為模型檢查點(diǎn)，其余為像控點(diǎn)。為了方便外業(yè)檢查三維測(cè)圖精度，大部分像控點(diǎn)兼作圖根點(diǎn)，需要現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置測(cè)釘。

1.5 項(xiàng)目驗(yàn)收情況

2020年5月通過(guò)浙江省質(zhì)檢站驗(yàn)收，質(zhì)量合格，其平面精度為0.048 m至0.069 m；高程精度為0.02 m至0.10 m，成果精度合格。

2 模型精度分析

模型精度受相機(jī)參數(shù)、地面分辨率、POS精度、重疊度、像控點(diǎn)的布設(shè)測(cè)量、人工刺點(diǎn)、鏡頭畸變差和軟件空三處理能力等影響。根據(jù)生產(chǎn)情況的數(shù)據(jù)，分析模型精度與地面分辨率、像控點(diǎn)密度、重疊度之間的關(guān)系。

2.1 模型精度與地面分辨率的關(guān)系

根據(jù)表格1試生產(chǎn)模型精度統(tǒng)計(jì)，利用excel繪制出模型平面精度與地面分辨率的散點(diǎn)圖，并繪制二者關(guān)系的趨勢(shì)線，見(jiàn)圖2。

圖2 模型精度與地面分辨率的關(guān)系

地面分辨率越大，模型精度越差；地面分辨率越小，模型精度越高。

兩者近似關(guān)系用多項(xiàng)式表達(dá)，公式為：y=0.4286 x2-0.4429x+4.0143 ；置信度R2=0.9121 ；二者之間的近似關(guān)系用直線表達(dá)，公式為：y=0.7368 x+3.2434 ,置信度R2=0.9069 。

2.2 模型精度與像控點(diǎn)密度的關(guān)系

研究模型精度與像控點(diǎn)數(shù)量的關(guān)系，可以采用同一區(qū)域，空三建模使用不同數(shù)量的像控點(diǎn)進(jìn)行；研究模型精度與像控點(diǎn)密度的關(guān)系則可以采用不同區(qū)域，相同的設(shè)備、軟件，觀測(cè)方法，統(tǒng)計(jì)其模型精度與像控點(diǎn)密度的關(guān)系。

像控點(diǎn)密度，即每平方公里的像控點(diǎn)數(shù)量，按像控點(diǎn)數(shù)量除以測(cè)圖面積來(lái)計(jì)算。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 模型精度與像控點(diǎn)密度統(tǒng)計(jì)

模型精度與像控點(diǎn)數(shù)量呈正相關(guān)，提高像控點(diǎn)數(shù)量，可以提高模型精度，但像控點(diǎn)增加到一定數(shù)量后，模型精度提高不明顯。二者關(guān)系見(jiàn)圖3。

圖3 模型精度與像控點(diǎn)密度的關(guān)系

兩者近似關(guān)系用多項(xiàng)式表達(dá)，公式為：

y=0.0021 x2-0.2617 x+11.283

置信度R2=0.9621；兩者近似關(guān)系用線性表達(dá)，公式為：y=-0.0684 x+7.1711

置信度R2=0.8736。

2.3 模型精度與重疊度的關(guān)系

為了提高成圖精度，可加大重疊度。重疊度越大，匹配越容易，前方交會(huì)的精度也會(huì)提高，模型的平面和高程精度也會(huì)提高。影像重疊度越高，相同區(qū)域的數(shù)據(jù)量就越大，數(shù)（轉(zhuǎn)下頁(yè)）據(jù)處理的效率就越低，所以要兼顧精度與效率，選擇適宜的重疊度。

在生產(chǎn)中，傾斜航攝下視相機(jī)的航向重疊度一般不小于70%，也不宜過(guò)大，以80%以內(nèi)為宜；旁向重疊度在70%～80%之間，也可與航向重疊度相同。[1]

2.4 其他精度分析

影像模型精度因素還有：像控點(diǎn)測(cè)量精度、人工刺點(diǎn)精度等。依“忽略不計(jì)原則”，某項(xiàng)誤差小于總誤差的1/3時(shí)可以忽略不計(jì)。

人工刺點(diǎn)一般為1/3像素，按地面分辨率為1.5 cm計(jì)算，人工刺點(diǎn)精度為0.5 cm，相對(duì)于模型精度要求可以忽略不計(jì)；超過(guò)1/3像素時(shí)，宜采取重新刺點(diǎn)、重測(cè)像控點(diǎn)、加密像控點(diǎn)等措施。

像控點(diǎn)測(cè)量精度，采用GNSS-RTK觀測(cè)，按照二級(jí)控制點(diǎn)要求進(jìn)行，觀測(cè)3個(gè)測(cè)回，每次觀測(cè)歷元數(shù)為20個(gè)，各次測(cè)量的平面坐標(biāo)較差≤±4cm，取中數(shù)作為最終結(jié)果。各次測(cè)量的大地高較差小于4cm，取中數(shù)作為最終結(jié)果。一般情況下，點(diǎn)位中誤差一般在2.5 cm內(nèi)（浙江省質(zhì)檢站杭州地區(qū)400個(gè)施測(cè)點(diǎn)，檢查精度不2.2 cm）[2]。

三維測(cè)圖精度，與軟件、測(cè)圖人員等因素有關(guān)系，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)約為三維模型精度的0.8 倍。

3 結(jié)論與討論

3.1 根據(jù)模型精度與地面分辨率近似公、模型精度與像控點(diǎn)密度近似公式、三維測(cè)圖與模型近似關(guān)系，可以估算技術(shù)設(shè)計(jì)航測(cè)參數(shù)是否能滿足測(cè)圖精度要求，同時(shí)也可以根據(jù)測(cè)圖精度要求，反算地面分辨率和像控點(diǎn)密度等。

3.2 利用傾斜攝影進(jìn)行三維模型生產(chǎn)時(shí)，需要根據(jù)項(xiàng)目的特點(diǎn)和目的，合理確定模型精度要求，并綜合考慮相機(jī)參數(shù)，軟件空三處理能力對(duì)模型精度的影響，合理確定地面分辨率、重疊度、像控點(diǎn)測(cè)量等技術(shù)參數(shù)，生產(chǎn)適合項(xiàng)目要求的三維模型，并為后期的矢量采集提供良好的基礎(chǔ)。