無人機傾斜攝影測量技術在測繪工程中的應用研究

范印 李梁 劉登飛 張克

摘 要：無人機傾斜攝影測量技術應用到農村房地一體化測繪工作中，能夠大大減少外業工作量，有效提升測繪效率，為農村不動產確權、房屋數字化登記管理等工作提供有力的技術支撐。文章介紹了無人機傾斜攝影測量技術原理，并結合實際工程案例，探討具體做法，分析測繪成果精度，得到真實可靠的結論。

關鍵詞：無人機傾斜攝影測量;房地一體;數字化登記

0引言

農村房地一體化測繪是繪制房屋不動產外觀幾何結構特征及周邊地形的一項常規測量工作。農村地區房屋的實際形狀和所處地形往往較為復雜，利用全站儀的傳統測繪方法外業工作量較大，費時費力，而且容易產生較大的人工誤差。無人機傾斜攝影測量是利用飛行平臺搭載多個不同角度的光學傳感器，多視角采集地物地貌信息，并結合坐標、速度、高度、方位角等參數進行分析，可視化地重建測區建筑物三維模型的一項技術。該技術在房地一體化測繪中的應用，可以有效地提高房地測繪工作的精度和效率，優化測繪數據的采集過程，同時內業可以生產更直觀的正射影像圖和實景三維模型，為房地權屬調查帶來方便[1]。

1 無人機傾斜攝影測量

1.1 傾斜攝影測量的原理分析

傾斜攝影測量是利用專業測繪軟件對無人機航拍時獲取的三維坐標、高度、姿態以及影像等原始數據進行處理分析，得到對應地物信息的一項數字攝影測量技術。通過無人機獲取同一地物在不同角度的影像信息，利用同名點坐標，使用密集匹配算法，快速獲取多視角匹配影像，從而獲得地物的三維坐標信息。無人機與傾斜攝影技術相結合，可以最大限度地發揮傾斜攝影技術優勢，將影像二維特征轉化為三維特征，實現三維模型重建，為房地一體項目提供基礎測繪地理信息數據[2]。

1.2 無人機傾斜攝影測量在房地綜合測繪中應用的優勢

（1）無人機傾斜攝影在房地一體化測繪項目中通過視點、運動和視角的變化，可以獲得同一物體的不同影像，全方位、逼真地進行三維重建，從而獲取所需的多種測繪信息。

（2）無人機可以作為傾斜攝像機的載體，快速轉換視角，并通過高精度的姿態數據和機載差分數據獲得精確的位置信息。同時，縮短了獲取數據的時限，降低了攝影測量成本。目前，數據處理軟件具有較高的自動化程度，省時省力，通過成熟的三維重建軟件可以實現低成本的三維建模。

（3）使用無人駕駛飛行器可最大限度地節省人力，提升測繪工作的效率，從而更好地協調鄉郊地區測繪工作的內外業工作銜接，避免因天氣等因素延誤測繪工作。由于無人機野外作業效率較高，可以節省野外作業時間，提高野外作業效率，從而減少人為誤差對野外作業的影響。項目成果可重復利用，如正射影像和三維模型，還可以整合農村住宅制圖成果，在不同應用場景轉換使用。

（4）可以對突發情況進行應急處理，傾斜攝影設備可以實現地物信息的快速采集和詳細信息的集成，為房地產管理部門的綜合集成等相關工作提供決策依據，并可用于提高應急響應效率[3]。

2 ? 應用案例

2.1 項目概況

本工程為河南省平頂山市郟縣安良鎮房地一體化測圖項目，測區地處東經113°0′40″-113°24′50″，北緯33°48′-34°10′之間，數據獲取設備采用大疆經緯M600無人機+紅鵬小金牛AP3400R Pro三鏡頭傾斜相機進行低空拍攝。

安良鎮區地處平原地區，地勢平坦，將測區分成4個區塊，18架次進行飛行拍攝，航飛高度180 m，航向重疊度85%，旁向重疊度80%。航測作業面積3.2 km2，獲取航片共72 819張。

2.2 ?像控點布設和測量

為了有效降低地面控制點布設的數量密度，減少外業工作量，本項目POS使用機載差分的高精度數據。確保單架次航測區域像控點數量在6個以上。航測架次之間設置重疊區域，邊緣控制點確保位于兩相交架次之間，航向上兩條航帶，旁向上兩條基線。多架次航線規劃和像控點布設方案，像控點在測量過程中需控制其平面點位精度和高程點位精度都小于5 cm。

2.3 ?數據獲取

最終外業獲得的數據有照片的位置和姿態數據、原始航攝影像數據、相片控制測量數據。通過對全球導航定位系統（GPS）和慣性導航系統（IMU）進行數據分析可以知道，該項目無人機航攝狀態穩定、飛行航高穩定、航向重疊和旁向重疊合理，影像紋理清晰、色彩勻稱、層次鮮明。

2.4 ?實景三維建模

本項目獲得18個架次數據，項目數據量較大，采用集群建模方式進行實景建模，內業在處理過程中分為6塊（block）進行空三處理，每塊包含3個架次，每塊區域中， ? ?3個架次為鄰接連續的航攝區域。實景建模的過程如下：（1）航飛POS導入奧維地圖，將連續三架次數據歸納為一塊作業區。（2）在 Context Capture 中新建工程，創建6個block，導入影像數據、POS數據，進行空中三角測量處理。（3）導入相控數據，對每個block進行像控刺點，刺好后再次提交空中三角測量處理。（4）空三結束后，檢查相片控制點精度，中誤差在0.5以下的符合要求，否則重新刺點，完成后再次提交空三，直至控制點精度滿足測圖要求。（5）全部完成后，將6個block合并，進行模型生產。所有步驟全部基于計算機集群技術完成，最終得到安良鎮實景三維模型。

2.5 ?農房不動產平面圖繪制

得到測區實景三維模型、正射影像等數據后，采用Cass3D裸眼測圖軟件打開實景三維模型，測圖作業員在該軟件中進行三維采集制圖，并根據實景模型和國家標準賦予房屋屬性信息。

2.6 ?成果精度檢測

實景三維模型生成之后，需要驗證模型精度是否達到生產要求，三維模型精度驗證包括平面位置精度驗證和高程精度驗證。Context Capture建模，生成包括osgb 格式tile模型文件和metadata.xml拓展標記語言，在 Cass3D 中打開生成的metadata.xml文件，直接加載三維傾斜實景模型[4]。

以房屋朝向為正方向，左上角墻角位置作為平面坐標（x，y），地面一層到二層高度作為高程坐標（z），作為測區精度檢查點，在Cass3D中通過量測實景模型上檢查點的三維坐標與實測坐標值進行對比，得到檢查點的平面位置和高程的中誤差。本文在測區范圍內隨機均勻抽取6個作業區內30個房角作為檢查點，每個block區塊選取5個。通過比較得到實景三維模型精度計算結果，如表1所示。

由檢查點結果可知，x，y，z中誤差分別為：2.37 cm，2.03 cm，2.47 cm，本項目在無人機傾斜攝影測量技術支撐下得到的實景三維模型精度符合《1∶500，1∶1 000， ? ? ? ? 1∶2 000地形圖航空攝影測量外業規范》（GB/T 7931—2008）和《房產測量規范》（GBT/17986—2000）的要求，滿足該生產項目需求。

3 結語

本文通過對無人機傾斜攝影測量技術在河南省平頂山市郟縣安良鎮房地一體化測圖項目中的應用研究，得出以下結論：

（1）無人機傾斜攝影測量技術通過高效的實景三維建模，1∶1比例還原真實農房和周邊地物，讓測繪從業者從繁重的外業工作中解脫出來，大大提高了農房不動產測繪工作效率。

（2）在實景三維模型上均勻抽取了30個檢查點，在Cass3D中通過量測實景模型上檢查點的三維坐標與實測坐標值進行對比，得到檢查點的平面位置和高程中誤差：mx=2.37 cm;my=2.03 cm;mz=2.47 cm，精度滿足生產項目需求。

[參考文獻]

[1]趙福超.無人機傾斜攝影測量技術在農村房地一體測繪中的應用[J].工程建設與設計，2020（24）：252-253.

[2]姚艷麗.基于集群技術的實景三維建模研究[J].路基工程，2020（6）：123-127.

[3]周永丹.淺談無人機傾斜攝影測量技術在大比例尺地形圖測繪中的應用[J].科技風，2019（15）：238.

[4]丁鴿，彭健，焦明東，等.無人機傾斜攝影測量技術在超高層建筑竣工測量中的應用[J].測繪地理信息，2019（3）：62-64.

（編輯 王雪芬）