基于無人機傾斜攝影測量的農(nóng)村房地一體測量研究

韋曉玲

（汕頭市自然資源測繪院，廣東汕頭 515041）

農(nóng)村“房地一體”確權(quán)登記是將農(nóng)村地籍測量和房地產(chǎn)測量工作同步開展，采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一的空間坐標(biāo)系以及統(tǒng)一的成果形式對農(nóng)村房屋的權(quán)屬、面積以及界址進行調(diào)查。在原地籍調(diào)查的基礎(chǔ)上，查明和核實宅基地、集體建設(shè)用地上的永久房屋（不包括簡易房、農(nóng)具房、棚房等）的具體情況，以房屋為基本單元，建立“房地”一體的調(diào)查數(shù)據(jù)庫。傳統(tǒng)的地籍測量多采用全站儀、RTK或CORS系統(tǒng)等技術(shù)開展測量工作，可以實現(xiàn)精度較高及滿足工作需求的基本要求，但外業(yè)工作量較大，耗費人力、物力且時間成本相對較高。隨著計算機技術(shù)和無人機技術(shù)的高速發(fā)展，無人機傾斜攝影測量技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于測量工作[1]。無人機傾斜攝影測量技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)大場景物體三維立體模型的快速建立，大量工作可以在內(nèi)業(yè)完成，具有節(jié)約時間和成本等優(yōu)勢，分辨率也滿足房地一體測量的精度要求[2]。無人機傾斜攝影測量技術(shù)被廣泛應(yīng)用于農(nóng)村宅基地房地一體化測量工作中。本文以廣東省佛山市某村作為試點區(qū)域，提出開展基于無人機傾斜攝影測量技術(shù)的農(nóng)村房地一體化測量工作，為農(nóng)村宅基地調(diào)查提供快速、高效的技術(shù)手段。

1 無人機傾斜攝影技術(shù)

無人機傾斜攝影測量系統(tǒng)是將攝影測量系統(tǒng)搭載到無人機上進行測量的一種技術(shù)，一般包含飛行臺、POS系統(tǒng)和傾斜相機三部分。測量過程中可獲得1個垂直角和4個傾斜角度的目標(biāo)物的影像[3]，獲取目標(biāo)物頂面和側(cè)面的紋理影像。通過處理內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理可建立目標(biāo)物的三維立體模型。

1.1 無人機飛行平臺

測量區(qū)域為丘陵地區(qū)，村莊東西向測量距離為800 m，南北向距離為960 m，村莊內(nèi)房屋密集度較高，綜合考慮測量區(qū)域的特征和權(quán)衡測量成本后，選用了效率高、穩(wěn)定性高的四旋翼小型無人機設(shè)備，搭載的飛行平臺可以記錄無人機飛行期間的位置、姿態(tài)等信息，基本參數(shù)如表1所示。

表1 無人機飛行平臺參數(shù)

1.2 傳感器

無人機傳感器主要包括加速度計、磁羅盤以及導(dǎo)航定位系統(tǒng)等部件，可以確保無人機的正常飛行。加速度計為無人機提供三個旋轉(zhuǎn)軸方向的加速度，能夠確保無人機在靜止?fàn)顟B(tài)下保持穩(wěn)定的傾斜狀態(tài)[4]。加速度計可以對無人機各方向承受的力進行控制和計算，確保正常飛行需要的力的大小和方向。磁羅盤為無人機提供飛行的方向，根據(jù)磁北方向角計算X、Y、Z軸上的磁場數(shù)據(jù)，根據(jù)計算數(shù)據(jù)得出地理方位。陀螺儀是重要的傳感器，通過對角速度的測試維持無人機的穩(wěn)定，防止其劇烈晃動。導(dǎo)航定位系統(tǒng)可以獲取無人機的具體位置信息，接收多種衛(wèi)星信號，設(shè)置航線實現(xiàn)自動飛行。

1.3 數(shù)據(jù)處理

完成無人機作業(yè)后，需要對測量數(shù)據(jù)進行內(nèi)業(yè)整理，包括影像的測區(qū)完整度檢查、影片質(zhì)量檢查、獲取的POS數(shù)據(jù)完整性檢查等[5]。根據(jù)影像獲取的鏡頭方向進行分類存儲，存儲的路徑不能有中文，使用Pix4d mapper軟件對影像進行處理，形成帶紋理的三維模型。

2 技術(shù)路線

傾斜攝影測量技術(shù)流程如圖1所示。

圖1 傾斜攝影測量技術(shù)流程

以佛山市農(nóng)村宅基地及房屋權(quán)籍調(diào)查項目為例，將臥龍鎮(zhèn)屠巷村選為傾斜航飛試驗區(qū)，攝區(qū)面積為0.8 km2，利用傾斜攝影測量技術(shù)進行調(diào)查，測量和了解房屋等建筑物、構(gòu)筑物的基本權(quán)屬情況，查明集體土地權(quán)屬、界址、面積和利用狀況，繪制出詳細(xì)、真實、準(zhǔn)確的地籍圖、房產(chǎn)分區(qū)分戶圖，替代傳統(tǒng)的人工現(xiàn)場采集方式。

為實現(xiàn)對無人機傾斜攝影技術(shù)在農(nóng)村宅基地測量中的應(yīng)用可行性的驗證，本研究將無人機傾斜攝影技術(shù)作為數(shù)據(jù)獲取手段，以RTK、全站儀測量為測量控制，輔助數(shù)據(jù)自動編輯處理軟件，進行高分辨率傾斜攝影建模與大比例尺測圖生產(chǎn)試驗。外業(yè)傾斜航飛數(shù)據(jù)采集、內(nèi)業(yè)傾斜影像三維模型重建、CASS數(shù)據(jù)采集編輯成圖。

3 應(yīng)用分析

3.1 數(shù)據(jù)獲取

此次攝影測量要求獲取的遙感影像圖片地面分辨率為0.2 m，設(shè)計航線航向重疊率為80%，旁向重疊率為65%。采用大疆M600pro無人機飛行高度為2 500 m，飛行一條航線的面積約為0.4 km2，航線布設(shè)為東西走向。采用CORS系統(tǒng)在村莊十字路口處選取控制點，保證獲取飛行數(shù)據(jù)的精度。

3.2 三維建模

采用外業(yè)飛行獲取的POS數(shù)據(jù)、控制點檢查測區(qū)范圍內(nèi)影像的航向重疊率和旁向重疊率，并對獲取的遙感影像和照片進行質(zhì)量檢測，對于不符合測量要求的影像重新補測，以確保數(shù)據(jù)真實可靠。

采用smart3D軟件對預(yù)處理過的數(shù)據(jù)進行三維建模，經(jīng)多視角影像聯(lián)合平差、多視角影像密集匹配、DSM高密度云生成、紋理映射等過程，最終生產(chǎn)出三維立體數(shù)據(jù)。

三維立體模型如圖2所示。

圖2 三維立體模型

3.3 精度分析

采用CORS系統(tǒng)和全站儀獲取16個測區(qū)內(nèi)的房屋拐角、水泥硬化路拐角以及花壇拐角等特征點進行驗證，采用多次觀測的方式獲取點的點位坐標(biāo)，取平均值作為點的最終坐標(biāo)值。根據(jù)《地籍調(diào)查規(guī)程》（TD/T 1001—2012）中的規(guī)定，界址點相對于臨近的控制點的點位誤差不得大于10 cm，并且其中誤差不得大于5 cm。將實測界址點坐標(biāo)與三維獲取的點位坐標(biāo)進行對比，結(jié)果如表2所示。

表2 界址點對比表

由表1可知，最大的點位誤差為0.058 m，中誤差超過0.05的共計3個點，均小于2倍中誤差，所有的點都在限差范圍內(nèi)，因此三維立體測量獲取的點位坐標(biāo)精度滿足農(nóng)村房地一體化測量要求。

4 結(jié)語

本文針對農(nóng)村房地一體測量項目，采用無人傾斜攝影測量三維建模技術(shù)，詳細(xì)闡述了采用無人機傾斜攝影測量開展三維立體測圖的便捷性與準(zhǔn)確性。改變了傳統(tǒng)采用全站儀或RTK技術(shù)開展地籍調(diào)查的局限性，實現(xiàn)了房地一體調(diào)查大部分采用內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的方式開展工作，節(jié)約了大量的外業(yè)工作量，節(jié)省了人力資源，縮短了測量工期。對測量的數(shù)據(jù)進行精度分析，驗證了三維立體模型的精度，符合試驗區(qū)項目的工作要求，為農(nóng)村房地一體化測量提供參考的技術(shù)方法。