無人機傾斜攝影測量在地籍測量中的應用研究

葉 昊

（新疆疆海測繪院，新疆 烏魯木齊 830000）

0.引言

地籍測量是對土地以及地表附著物的信息進行詳細勘定，主要包含附著物的地理位置坐標、邊界、面積、權屬信息等，其主要目的是獲取測區范圍內的土地信息。在開展地籍測量工作前，首先要在測區范圍內進行土地權屬調查，以調查的結果為數據基礎，然后進行外業測量工作，最終進行地籍圖繪制。地籍測量作為我國地籍調查工作中極為重要的組成部分，能夠對宗地權屬界址點進行精確標定，同時測量土地權屬界線的位置信息[1]，有利于對土地利用狀況進行統計核查，通過實地測量獲得各宗地界址點的精確坐標、宗地形狀、宗地面積等數據[2]，為土地登記、核發土地證奠定基礎，從而對土地信息進行依法管理。現代地籍測量是采用現代化的測量方法對測區范圍內的各類地籍信息進行數據采集，并將其繪制成專業地籍圖。

傳統地籍測量外業工作多采用單點式測量方法，普遍為全站儀結合GNSS-RTK的測量模式，在測區控制網布設完成后，逐點進行地籍信息獲取工作，外業測量工作強度大，作業效率相對較低。隨著科學技術的不斷發展，測繪方法和儀器設備得到了較大地發展與提升，尤其是數字化測圖技術、攝影測量技術、三維激光掃描技術等的發展，使得地籍測量成果精度及工作效率得到了巨大提升[3]。無人機傾斜攝影技術作為近年來迅速發展的一項新型測繪技術，是對傳統地籍測量技術的一次革新[4]，改變了傳統的逐點測量方式，其在無人機上搭配多視鏡頭，在規劃區域內獲取高清影像數據，并生成測區三維實景模型，進而實現測區地籍信息數據的高效采集工作。采用無人機傾斜攝影測量技術進行地籍測量工作，充分彌補了傳統測量手段的測量時間長、工作量大、出圖慢等弊端，極大地提高了地籍測量的外業測量和內業數據處理效率。

本文針對傳統地籍測量過程中的諸多弊端，將無人機傾斜攝影測量技術運用到地籍測量工作中去，采用無人機傾斜攝影測量技術，通過Pix4D航測數據處理軟件對點云數據進行處理，建立測區實景三維模型，并進行精度檢校。研究結果表明，采用無人機傾斜攝影測量技術，進行測區內的地籍測量工作，其數據成果精度完全符合規范要求。

1.無人機傾斜攝影測量

基于傾斜攝影的大比例尺地籍測量過程，通過在無人機上搭載垂直和傾斜相機，對地表地物進行多角度攝影，從多個角度獲取地物相片數據，并結合測區內所布設的控制網及像控點，生成具有絕對坐標的測區實景三維模型，對三維模型進行矢量化處理，從而得到測區的地籍圖。

1.1 像控點布設

通過查閱相關資料可知：一般情況下，無人機航空攝影測量的航向重疊度應在53%以上，并且旁向重疊度不得小于15%[5]，進而保證航片質量及建模精度。本文基于所采用無人機的自身性能，并結合測區實際地形地貌，設計航向重疊度為80%，旁向重疊度為65%，航高為232.58m，在測區范圍內共均勻設置了16個航帶，覆蓋面積約1.52km2，累計采集航攝影像近800張。

在采用無人機攝影測量技術進行地籍測量作業前，需在測區范圍內合理布設地面像控點。像控點的布設是無人機航空攝影測量的關鍵性基礎工作，布點位置的選擇與點位質量對地籍測量成果精度有著重要的影響[6]。在研究區內實地布設像控點時，應當以預先設計的航拍航線進行點位布設，并盡可能將像控點布設在相鄰航線的重疊區域；像控點布設位置周邊不得有明顯的遮擋物，確保航拍過程中像控點位清晰可見，且遠離高壓線、發電廠等強電磁輻射源。本次航拍過程中的航線設計圖和像控點分布圖分別（如圖1所示），在測區范圍內均勻布設15個像控點，以測區的東北角為航測起始點，測區西北角為航測終點。

圖1 航線設計（左）與像控點布設（右）

1.2 像控點精度評定

在進行構建測區三維模型前，需要對所布設的像控點的精度進行評估，進而保證三維模型精度。校核像控點精度中，當發現某些像控點被破壞或者誤差較大時，應及時采取相關措施進行究正，或直接舍棄該像控點，確保三維模型的最優精度。本文在測區范圍內均勻布設了15個像控點[7]，結合影像POS數據進行空中三角測量。所有像控點的空三解算成果的精度分析結果（如表1所示），其中，重投影精度較高，中誤差均小于1pt；對像控點的平面精度和垂直精度進行分析計算可得，平面中誤差和垂直中誤差分別為0.0042m和0.0033m，其精度較高，完全滿足三維建模對像控點精度的要求，故測區范圍內所布設的像控點均可用于構建測區的三維模型。

表1 像控點精度評定

2.數據處理

由于無人機自身航攝姿態穩定性較差，容易受到風速、氣象等外界環境因素的干擾[8]，所以在本次航攝作業過程中，提前選擇天氣晴朗、風速相對較低的天氣進行航拍作業，從而確保所拍攝影像的清晰度及質量，避免外界條件的干擾。外業航拍作業完成后，采用Pix4D軟件進行數據處理。首先需要將航片以及與航片所對應的POS數據導入軟件內，同時還需要導入像控點數據，然后利用GPS位置數據以及IMU姿態數據進行外方位元素的反算，生成點云文件后再進行空三加密處理，利用一定數量的已知控制點進行模型外方位元素的解算工作，最后利用解算出的模型外方位元素以及經過加密處理的點云數據生成DSM和DEM影像[9]，并對DSM和DEM進行數字微分糾正，進而得到所需要的DOM數字正射影像（如圖2所示）：

圖2 DOM數字正射影像

將解算后的DOM成果導入CASS農村地籍軟件，并對其進行數據處理，從而得到測區地籍圖。首先需要對DOM影像圖進行裁剪和接邊處理，劃分所需要的測區范圍；然后采用相關工具對測區內的市政道路、居民房屋、農業耕地、林地園地等具有標志性的地物進行描繪，從而得到所需要的地籍圖（如圖3所示）。在地物描繪過程中，如出現一些無法通過影像判讀的地物信息，如房屋層數、線桿類別等，則需要測量人員進行現場勘查，對此類地物信息進行詳細核實，從而確保地籍圖的準確性。

圖3 矢量化地籍圖

3.精度評定

地籍測量是由政府主導的一項非常嚴謹的測繪工作，其工作成果對我國的土地管理工作具有較為重要的現實意義[10]，因此，地籍測量成果的精度要求相對較高。采用無人機傾斜攝影測量技術，測繪研究區內的地籍信息，為確保測繪成果的精確性，需對地籍圖的精度進行檢核。本文在測區范圍內選取一定數量的界址點，采用高精度GPS-RTK對界址點進行復測，以RTK測量結果為真值，對無人機測繪成果進行精度分析，分別從界址點點位坐標中誤差和界址點間距中誤差兩個方面進行精度評定。

3.1 精度評定方法

通過查閱《國家基本比例尺地形圖更新規范》GB/T14268-2008、《地籍測繪規程》TD/1001-2012等相關規范可得，測區范圍內相鄰的控制點或界址點，坐標中誤差不應大于5cm，詳細信息（如表2所示）：

表2 界址點精度 單位：cm

在完成測區矢量化地籍圖工作后，對地籍圖成果精度進行分析評定，以測區內預先選取測量的檢核點坐標值數據為真值，對矢量化地籍圖上與檢核點所對應的點位坐標進行精度研究，通過計算相應點位坐標的平面和高程中誤差，對測區三維模型進行絕對精度分析。中誤差計算公式如式（1）所示。

式（1）中，mx表示為平面坐標X方向的坐標中誤差，my為平面坐標Y方向的坐標中誤差，mz表示為高程坐標Z方向的坐標中誤差，△為各方向真誤差，n為測區范圍內的檢核點數量。

地籍圖成果的平面中誤差可根據X及Y方向的中誤差進行計算，其公式如式（2）所示。

3.2 精度評定結果分析

為確保界址點點位精度檢驗的科學性和準確性，本次研究按照“均勻分布”的原則，在測區范圍內共選取209個不同地物類型的界址點進行地籍圖成果精度評定。在無人機地籍測量成果上提取對應的界址點坐標，與GPS-RTK測量成果進行差值計算；同時采用全站儀、激光測距儀以及精密鋼卷尺等測繪儀器對相鄰界址點之間的平距進行精確測量，取3次獨立測量結果的平均值作為真值，將其測量結果與矢量化地籍圖上量測的邊長進行綜合比對，檢驗矢量化地籍圖的地物相對精度。部分界址點坐標信息（如表3所示），地籍圖精度檢核結果（如圖4所示）。其中，A幅為平面坐標中誤差，B幅為高程中誤差，C幅為相對地物距離中誤差。

圖4 無人機攝影測量成果精度分析（單位：cm）

表3 部分界址點數據對比 單位：m

通過對無人機傾斜攝影測量獲得的地籍圖進行精度評定可得，所選界址點的平面坐標中誤差為0.0362m，高程中誤差為0.0477m，以及界址點間距的相對精度中誤差為0.0418m，均小于0.05m，滿足《國家基本比例尺地形圖更新規范》GB/T14268-2008、《地籍測繪規程》TD/1001-2012等規范中的不大于5cm的要求。由此表明，采用無人機傾斜攝影測量技術，對測區進行地籍信息的測繪工作，其測繪成果精度可以達到厘米級，精度較高，符合我國地籍測量規范的精度要求，充分彌補了傳統單點式地籍測量作業的局限性。

4.結束語

地籍測量作為我國土地信息管理的基礎性工作，對測繪成果的精確性、時效性、可視性均具有較高的要求。本文針對傳統地籍測量方式的工作量大、作業效率低、作業過程不具備可追溯性等弊端，以無人機傾斜攝影技術為基礎，對研究區進行地籍信息采集工作，采用Pix4D軟件原始點云數據進行處理，建立研究區三維實景模型，然后對其進行矢量化處理，最終得到測區的地籍圖；并在測區內選擇209個界址點作為地籍圖精度檢核點，利用高精度GPS-RTK獲取檢核點坐標，分析評定地籍測繪成果的平面中誤差、高程中誤差以及地物間距中誤差。經驗證，采用無人機傾斜攝影測量技術得到的測區地籍圖，其精度滿足我國地籍測量規范要求，為我國今后地籍測量的發展提供了一種新的技術手段，具有一定的實用價值。