無人機傾斜攝影測量在農(nóng)村不動產(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

趙愛華 王少文

（富陽土地勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司，浙江 杭州 311400）

無人機傾斜攝影技術(shù)是近年來在測量領(lǐng)域發(fā)展最快的一種測量手段，通過無人機低空多鏡頭攝影，同時獲取垂直方向和傾斜方向等多個不同角度的高清晰立體影像數(shù)據(jù)，自動生成三維地理信息模型、快速實現(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，可滿足測繪行業(yè)的不同需求。

雖然目前對無人機進行大比例尺地形測繪的研究較多，但多是以滿足大比例尺攝影測量的技術(shù)精度要求，即1:500地形圖要求為0.3 m。無人機用于地籍測繪的研究較少，考慮到為農(nóng)村不動產(chǎn)服務(wù)，執(zhí)行《地籍調(diào)查規(guī)程》（TD/T1001）標準，房屋角點坐標按二級界址點精度執(zhí)行，即為7.5 cm。

如何通過無人機傾斜攝影完成農(nóng)村不動產(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的單位之一。2019年我司在金華蘭溪市農(nóng)村不動產(chǎn)項目中使用無人機傾斜攝影進行大比例尺測圖，測繪內(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，極大地解放了測繪人的外業(yè)勞動時間和減少外業(yè)勞動強度，成果精度滿足二級界址點要求，通過了浙江省質(zhì)檢站驗收。

1 項目介紹

本項目為蘭溪市農(nóng)村宅基地及住房權(quán)籍調(diào)查和數(shù)據(jù)檢查入庫項目。本項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，標準圖幅162幅。地形圖二級地物精度按7.5 cm中誤差執(zhí)行。

1.1 試生產(chǎn)

項目前期選擇已有野外實測法地形圖的4個村（應(yīng)家村、山背村、早利村和會橋村）進行了試生產(chǎn)，用于確定地面分辨率、像按點數(shù)量、重疊度等。將三維模型與地形圖上的實測點進行對照，按同精度檢查統(tǒng)計了4個村的模型精度。模型精度即為傾斜影像數(shù)據(jù)的測量值與真實值之間的差值。將從實景三維模型中提取每個檢查點對應(yīng)位置的模型坐標與原地形圖中的實測點的測量坐標作對比進行精度評估。（表1）

表1 試生產(chǎn)模型精度統(tǒng)計

試生產(chǎn)結(jié)論：

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

1.2 技術(shù)流程

使用傾斜攝影技術(shù)獲取項目區(qū)域優(yōu)于1.5 cm地面分辨率的影像，采用GNSS-RTK實地測量滿足精度要求的像控點，內(nèi)業(yè)通過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)對采集后數(shù)據(jù)進行調(diào)繪、補測、檢查、編輯，經(jīng)過編輯形成地籍與房屋調(diào)查底圖。工作流程圖見圖1。

圖1 傾斜攝影法測圖工作流程

1.3 基本技術(shù)指標和要求

（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，可適當放寬。

（4）航飛范圍：航向和旁向超出成圖范圍一個航高，通常為100m。

1.4 像控點測量

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

1.5 項目驗收情況

2020年5月通過浙江省質(zhì)檢站驗收，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

模型精度受相機參數(shù)、地面分辨率、POS精度、重疊度、像控點的布設(shè)測量、人工刺點、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，利用excel繪制出模型平面精度與地面分辨率的散點圖，并繪制二者關(guān)系的趨勢線，見圖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)系用多項式表達，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，公式為：y=0.7368 x+3.2434 ,置信度R2=0.9069 。

2.2 模型精度與像控點密度的關(guān)系

研究模型精度與像控點數(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)量的像控點進行；研究模型精度與像控點密度的關(guān)系則可以采用不同區(qū)域，相同的設(shè)備、軟件，觀測方法，統(tǒng)計其模型精度與像控點密度的關(guān)系。

像控點密度，即每平方公里的像控點數(shù)量，按像控點數(shù)量除以測圖面積來計算。統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表2。

表2 模型精度與像控點密度統(tǒng)計

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

圖3 模型精度與像控點密度的關(guān)系

兩者近似關(guān)系用多項式表達，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，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，前方交會的精度也會提高，模型的平面和高程精度也會提高。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）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，傾斜航攝下視相機的航向重疊度一般不小于70%，也不宜過大，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：像控點測量精度、人工刺點精度等。依“忽略不計原則”，某項誤差小于總誤差的1/3時可以忽略不計。

人工刺點一般為1/3像素，按地面分辨率為1.5 cm計算，人工刺點精度為0.5 cm，相對于模型精度要求可以忽略不計；超過1/3像素時，宜采取重新刺點、重測像控點、加密像控點等措施。

像控點測量精度，采用GNSS-RTK觀測，按照二級控制點要求進行，觀測3個測回，每次觀測歷元數(shù)為20個，各次測量的平面坐標較差≤±4cm，取中數(shù)作為最終結(jié)果。各次測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個施測點，檢查精度不2.2 cm）[2]。

三維測圖精度，與軟件、測圖人員等因素有關(guān)系，根據(jù)經(jīng)驗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、模型精度與像控點密度近似公式、三維測圖與模型近似關(guān)系，可以估算技術(shù)設(shè)計航測參數(shù)是否能滿足測圖精度要求，同時也可以根據(jù)測圖精度要求，反算地面分辨率和像控點密度等。

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