無人機傾斜攝影在農村不動產權籍測繪項目中的應用

袁記云 楚靜靜

（嘉祥縣不動產登記中心，山東 濟寧 272400）

“房地一體”登記確認是實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略、推進農村體制改革、加快城鄉(xiāng)一體化的基礎。然而，農村“房地一體”的不動產登記是一個重大問題。傳統地籍測量采用全站儀、RTK、卷尺等工具采集房屋的坐標和距離。但這種作業(yè)方式工作量大、效率低、成本高、風險大，不能保證任務按時完成。尋找一種高效的操作方法是一項非常緊迫的任務。斜向攝影是近年來發(fā)展起來的高新技術，具有數據采集靈活、分辨率高、地物信息豐富、產品精度高等特點，受到越來越多企業(yè)的追捧。利用傾斜攝影制作大比例尺地形圖已成為目前的主流技術。然而，目前學者們還沒有對利用斜攝影制作地籍圖進行研究。因此，掌握斜攝影制作地籍圖的操作模式，將為同行業(yè)人士提供一種地籍圖制作模式，提高操作效率。本文對無人機傾斜攝影測量技術和工作流程進行了簡要說明，并以實際生產項目為例對工作流程進行了驗證。最后，對傾斜攝影測量獲取地籍圖的精度進行了檢驗。結果表明，該方法制作的地籍圖精度符合地籍測繪標準(CH5002-94)，可按該方法進行大規(guī)模操作。

一、無人機傾斜攝影測量技術概述

無人機配備了各種類型的傳感器，可以從多個角度獲取測量信息，即一個垂直方向和四個傾斜方向，并從這五個角度拍攝地面物體。從垂直于地面的方向獲得的正片直接用于制作DOM、DSM 和DLG 產品，而從傾斜方向獲得的斜片用于掌握被測物體的紋理信息。無人機飛行平臺配備了全自動高性能后處理系統，可以對采集到的所有圖像和信息進行綜合分析處理，并在此基礎上構建高分辨率的3D 場景。

二、常規(guī)測量手段在農村房地一體調查中面臨的難題

在開展農村房地產綜合調查的過程中，常規(guī)的調查方法往往面臨以下測量問題：1.多層房屋與墻體堆放在一起、房屋與墻體排列在一起、臨街建筑和地形建筑等情況下，測量難度系數高；2.農村部分戶主長期離家，專業(yè)測繪人員無法深入測繪房屋進行相應的測量和權屬調查，難以與戶主直接溝通；3.臨水或靠墻沉積等困難區(qū)域分布廣泛，房屋邊長難以測量。

三、無人機傾斜攝影在農村不動產權籍測繪項目中的應用

（一）外業(yè)數據采集

外業(yè)飛行前，收集整理測繪區(qū)域1∶10000地形圖，整合農村房地臺賬，基于GoogleEarth 數據建立地形三維模型，并設計飛行計劃，確定飛行航線、航速、航高、起降位置、重疊度、采集點密度的參數要求。實地測繪前，預先對測繪區(qū)域進行實地踏勘，掌握地形地貌特征、植被覆蓋等情況，并在鄉(xiāng)鎮(zhèn)廣場架設GPS 基準站以對機載動態(tài)差分全球定位接收機測定的三維坐標進行誤差校正。選擇晴朗無風或微風天氣作業(yè)，提高點云測量精度。數據采集時，分別針對農房聚集區(qū)和耕地空曠區(qū)采用垂直交叉飛行和平行飛行的模式，以實現高效率測繪的同時對農房各立面的全部控制，保證測繪精度。無人機掃描時，操作人員實時對其航速、航高、姿態(tài)參數進行動態(tài)監(jiān)測，并根據地形與天氣變化調整無人機的飛行參數以保證數據采集可靠性。

（二）數據處理

無人機載三維激光雷達測繪數據處理關鍵工作包括數據預處理、點云數據濾波、異常點濾波、地物分類提取等四個部分。其中數據預處理工作是將機載點云原二進制數據轉換成標準格式，然后對點云數據的三維坐標基于地面基準點三維坐標進行定向校準，最后拼接航帶數據并糾正重疊帶高程。點云數據濾波是生成DEM(DigitalElevationModel，數字高程模型)、特征提取、地形重建的關鍵，其算法有數學形態(tài)學濾波法、基于表面的方法、基于分割的方法以及逐漸加密的濾波算法等本次采用的是漸進窗口尺寸的數學形態(tài)學濾波算法，由小到大漸進式對點云數據進行濾波處理以良好保留建筑、農田與地形的細節(jié)，提高農村房地不動產登記的精度。異常點濾波是基于1 ∶10000 地形圖的高程數據，建立各區(qū)塊的高程閾值與高程差閾值，以對點云高程數據進行異常點篩查，本次是基于點云處理軟件CloudCompare 插件對點云數據區(qū)域分割后的每一區(qū)塊數據設置閾值來實現的。

（三）像控測量

無人機傾斜測量技術下傾斜攝影模型的精度受多種因素影響，其中圖像控制點的坐標精度是一個關鍵因素。專業(yè)測量人員應根據相應的設計標準進行現場影像控制點和點位測量的目標選擇。當圖像控制點布局符合要求時，將進行空中三加密處理，得到的無人機傾斜攝影模型質量和精度目標均可達到標準要求。以本文研究的某農村房地產一體化調查項目為例，農村地區(qū)海拔高，區(qū)域內構筑物少，地面影像特征點數量相對較少。在測量工作中，為了保證像控測量的精度，在無人機飛行前，測量人員需要將預制好的像控測量標志布置到相應的位置，最好將像控點布置在路線的重疊部分。如果圖像控制點不能排列在重疊部分，則圖像控制點應分開排列，使點與照片邊緣的距離大于150 像素。

（四）無人機航拍

本次勘察項目選用飛馬座智能航測系統D200，傾斜攝影采用D-OP200傾斜模塊。為了高效開展測量工作，測量人員需要在航拍區(qū)塊范圍內選擇合適的起降場地，根據近期天氣情況選擇航拍測量時間點，克服天氣因素帶來的干擾。航拍時，無人機與地面站的通訊應暢通。無人機飛行過程中，相關人員應密切關注無人機的飛行情況。在飛行中遇到緊急情況或異常問題時，應立即采取相應的應急機制，在最短時間內返回航班或降落在備降點。無人機落地后立即下載POS 和圖像數據，安排專業(yè)人員檢查POS 和圖像數據，檢查POS 是否有質量問題，圖像是否缺失、渾濁、模糊。如果這些問題存在，就要補上或者重新飛起來。無人機傾斜測量作業(yè)后獲得的圖像質量符合三維模型構建標準，其中包含的紋理信息應清晰完整，測量區(qū)域內的小物體應準確識別。

（五）空中三角測量及平差調整

本次建模使用ContextCapture 軟件，新建工程，導入影像數據和pos數據，設置引擎運行路徑，完善工程中各相機參數。針對ContextCapture軟件空三加密失敗率高，成果容易出現分層、彎曲的問題，本文采取對相機的內方位元素進行優(yōu)化的作業(yè)方式。在對數據處理之前，首先加載每個鏡頭的前100 張有效影像進行數據解算，待解算完成后，獲取每個鏡頭的相機參數，主要是指內方位元素和畸變參數。加載所有的影像，導入外方位元素，用解算出來的相機參數完善工程中的焦距等，這樣可以提高空中三角測量的成功率。在空三加密參數設置中，默認通用的匹配方式即可，提交任務，開啟引擎，任務開始運行。待空三解算完成后，結合空三加密質量報告和人眼交互查看空三成果的方式，對解算的成果進行查看。報告中給出加密點中誤差為0.56 個像素，重投影中誤差為0.61 個像素，精度小于2/3 個像元，成果精度符合要求。通過交互查看，空三成果無分層，無完全變形，成果可用。由于無人機搭載的是非量測數碼相機，加之傾斜方式進行數據采集，導致影像邊緣變形嚴重。本次搭載的5 鏡頭相機，側視鏡頭與垂直鏡頭夾角呈45 度，結合分辨率與航高的關系，可知側視鏡頭影像邊緣分辨率與垂直鏡頭的差異大，如果對邊緣的像控點點位進行轉刺，會影響到空中三角測量整體的精度。綜上，本次在對像控點進行轉刺時，通過目視判斷，對位于影像邊緣1/10 外的像控點點位不進行轉刺。設置坐標系，導入整理后的像控點成果，對像控點進行轉刺。首先對每個鏡頭每個點位轉刺3-5 張影像，然后進行平差。在平差的基礎上，對剩余的符合優(yōu)化條件的點位進行轉刺并平差，這樣可以提高像控點轉刺的效率，也可以提高整個空三加密成果的精度。通過對平差質量報告查看，本次像控點平面點位中誤差為0.021m，高程點位中誤差為0.034m。結合地籍成果要求精度，本次空三成果符合生產需求。導出平差后的含有連接點的空三成果，坐標系選擇與像控點坐標系一致，并輸出糾正畸變后的影像。

（六）合理設計像控點的布設工作

影像控制點的布局在斜向攝影的3D 構建中至關重要，因此要合理、科學地設計物體控制點的布局，以達到3D 建模的最佳效果。1.所有圖像控制點必須設置為平高點，并根據信息采集區(qū)域的實際情況，將部分圖像控制點先布置在目標范圍周圍的區(qū)域，再布置在中間區(qū)域；需要注意的是，每個圖像控制點之間的距離應控制在30 米左右，并且應隨時觀察映射范圍。2.對于小尺度區(qū)域，應至少測量5 個或5 個以上的圖像控制點，并定期對目標進行包圍；如果當地地形特殊，必須保證觀測目標的最大范圍3.在設置影像控制點的過程中，必須有準確的路徑規(guī)劃圖，導入到地圖中，并給出預設的穿刺位置，以促使影像控制點之間的距離達到統一狀態(tài)；外圍圖像控制點需要連接，目標范圍要包裹。4.圖像控制點必須布置在輪廓線之外。

（七）獲取三維裸眼測圖

與常規(guī)航空立體測繪技術相比，三維裸眼測繪采集是一種新的采集技術。該技術是無人機傾斜測量中的一項關鍵技術，可以基于前期構建的真實三維模型直接采集相應的信息。由于無人機系統配備了五個方向的攝像頭，在三維建模過程中，通過這五個方向的斜向攝影測量數據，可以獲得被測區(qū)域和范圍內的所有建筑物信息。在此基礎上，通過信息處理和分析，通過三維模型真實還原每個被測對象的具體情況。在這個采集過程中，操作采集者不用戴立體眼鏡，直接用肉眼觀察所有的地面特征和地貌信息，通過旋轉、平移等一系列操作，可以從多個角度了解建筑物的所有細節(jié)。此外，還可以利用3D 裸眼測繪采集來繪制建筑物的相關圖像。這項技術常用于高海拔地區(qū)的測量工作。高海拔地區(qū)植被分布相對較少，植被覆蓋的建筑物覆蓋范圍有限。數據收集和測量結果是理想的。在無人機傾斜測量的一系列工作中，通過采集現實生活中的三維裸眼測繪，可以獲得測量區(qū)域內的矢量圖形，進而獲得被測區(qū)域內的住宅及設施、水系及附屬設施、交通及附屬設施、地貌及植被等基礎信息。矢量圖形采集采用易于繪制的自然立體制圖編輯集成軟件。

結束語：無人機載三維激光雷達測繪技術較傳統的全站儀、RTK 等測繪方式具有測繪時間短、采集速度快、數據精度高、三維信息豐富、經濟效益好等優(yōu)點。在當前農房外業(yè)勘丈工作任務繁重、工期緊張的背景下，加強無人機載三維激光雷達系統在山地丘陵、農房分散地區(qū)的農村房地一體不動產登記確權工作中的應用是必要的。