無人機傾斜攝影測量技術在農村房地一體測繪中的應用研究

萬麗娟

（廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣州 510000）

1 引言

在當前新農村建設中，仍有許多地區在農村房地一體測繪中使用相對傳統的計量技術，無法有效保證數據的質量。目前，農村房地一體測繪中由于房屋修建形式和地形情況往往很復雜，傳統的全站儀測圖方法觀測工作量大、耗時長且 費力，容易產生較大范圍的人工測量誤差。無人機傾斜攝影測量技術是一種數字攝影測量技術，可以利用專業的測繪軟件對無人機航空攝影獲得的三維坐標、高度、姿態和圖像信息等原始遙感數據進行綜合處理和分析，獲取相應比例的遙感地物坐標信息。無人機能從不同角度連續獲取同一地物位置的圖像信息，利用同一點坐標準確獲取三維多軸視點的匹配圖像，然后通過三維構造建模分析和聯合調整等技術，對傳感器獲取信息的目標探測結果和成圖參數資料進行實時分析和可視化處理，形成真實、完善的基礎測量數據，為農村房地一體測繪的有序發展提供全面支持[1]。

2 無人機傾斜攝影測量技術特點

無人機傾斜攝影測量技術屬于一種三維非接觸式影像測量新技術，具有廣泛的三維建模、正射影像、遙感圖像處理等綜合技術優勢，無人機傾斜攝影測量技術能夠真實地反映地面目標，基于無人機平臺提高數據的采集存儲效率，并更清晰精準地自動獲取圖像。在中國農村房地一體測繪中，無人機傾斜攝影可以實時通過物體視角、運動范圍和視角距離的連續變化，獲得基于同一空間物體運動的多種不同立體圖像，實現多角度、全方位、逼真的三維模型重建，從而獲得各種實時地形圖像和三維測繪結果信息。目前，數據處理軟件自動化程度高，節省了時間和精力，通過成熟的三維重建軟件可以以較低的成本建立三維模型，使用無人機可以最大限度地節省人力，提高測繪工作效率，避免因時間等因素造成測繪工作的延誤。并且應用無人機傾斜攝影測量技術，可以更清晰地獲取頂部圖像、側面圖像和其他地面建筑物的特定信息，更容易建立三維實體模型，有利于在模型中全面構建地表圖像和地表建筑物，與其他類型的技術和測量介質（見表1）相比，無人機在飛行過程中靈活性更強，不受地面建筑物或其他地形因素的影響，環境適應性強，地面圖像信息的測量和獲取更快、更豐富，可使測繪人員全面掌握測區或建筑物的信息，有效降低測繪總體成本。

表1 傳統測量技術與無人機傾斜攝影測量技術對比

3 農村房地一體測繪的應用思路

農村房地一體測繪項目主要包括對農村邊界點、房屋角點位置的跟蹤探測工作。在測繪期間，需要實施測繪區域的實時圖像獲取和數據采集，然后規劃無人機飛行路線，繪制工作底圖并由此生成測量區域內的坐標系統，檢查并確定坐標系統的精準度，最后自動生成無人機室內坐標檢測曲線和地面測繪結果[2]。為了提高農村房地一體測繪效率，促進工作的順利開展，應始終堅持科學操作，明確農村房地一體測繪的思路，在農村房地一體測繪前，必須在測量區域內全面布置圖像控制點，收集相位控制點的相關數據，利用高精度無人機傾斜攝影獲取高分辨率圖像，最后，對坐標系進行全面控制和驗證，得到精度更高、效果更好的測繪成果。

4 無人機傾斜攝影測量技術在農村房地一體測繪中的應用案例

4.1 項目概述

本項目為河南省平頂山市郟縣安良鎮房地一體化測圖項目，通過無人機三鏡頭傾斜攝像機低空拍攝采集數據。該項目位于地勢平坦的地區，共18 架次用于飛行攝影，飛行高度180 m，航向重疊80%，空中探測面積3.2 km2，共獲取航空照片72 819 張。

4.2 圖像控制點的布置

為了有效減少無人機地面控制點的分布數量和空間密度，減少無人機的工作量，使用高精度航空差分數據，以確保單個空中探測目標區域覆蓋范圍在可控范圍內，其涉及的圖像控制點數量大于6 個。

4.3 數據采集

最終取得的現場數據包括位置數據和原始航空數據，通過對全球同步導航和定位服務系統數據的分析，可以了解無人機航拍狀態相對穩定，飛行高度分布穩定，航向垂直重疊度和垂直側面重疊較合理，圖像紋理結構清晰，顏色比較對稱，層次較分明。

4.4 真實場景的3D建模

該項目分6 個區塊進行數據獲取，每個區域采用無人機3個架次。真實飛行場景下建模過程具體描述如下：獲取的數據首先導入地圖，并分別對3 架次無人機獲取的圖像數據進行匯總與保存，導到操作區域，然后再創建一個新的項目，導入圖像數據和航空POS 數據，同時導入相位控制數據，通過檢查控制點的方式，提升測量的準確性，以滿足測量要求。所有步驟均在計算機建模技術的基礎上設計完成，最終得到安良鎮三維模型。

4.5 基于三維模型配備相應信息

獲取真實場景的三維模型、正射成像資料和其他三維地形區域數據信息后，使用實景地圖軟件打開真實的三維模型，制圖人員在此軟件系統中自動進行場景三維地形捕捉設計和制圖，并根據真實的三維場景模型和相關國家標準配備房屋屬性信息。

4.6 精度測試結果

驗證三維模型精度是否滿足要求后，需要驗證三維模型和高程模型的精度，根據區域參數確定生成模型的精度，創建真實的三維模型后，將未使用的圖像檢查點作為模型驗證點，以確定模型的絕對精度。通過將該地區大平面圖的現有數據與調查獲得的三維模型數據進行比較，可以借助人工實地測試的方式，隨機選取一個三維模型收集信息，并與實地數據進行比較，在地圖生成過程中進行誤差分析，研究其絕對精度，經檢測，X方向平均誤差為0.062 m，Y方向平均誤差為0.053 m，滿足工程精度要求。

5 無人機傾斜攝影測量技術在農村房地一體測繪中的具體應用

5.1 外業飛行方案設計

從根本上講，農村房地一體測繪的對象主要是村莊，由于其計量面積有限，在實際調查工作中，村莊位置分布相對廣泛，調查的范圍相對較廣。為了獲得高精度、高質量的圖像數據，需要選擇輕型無人機和小型旋翼單目標飛行系統，該飛行系統的應用優勢主要體現在以下方面：（1）飛行系統中相關硬件設備和結構以輕小型設備為主，總體重量小，便于攜帶；（2）單次飛行的作業面積完全可以滿足農村房地一體測繪的總體需求；（3）單透鏡系統使測量更加靈活方便，通過掌握測量區域內建筑物的高度和距離，科學調整測量角度；（4）總體成本較小，可以保證飛行安全。同時，在航線規劃或方案優化設計中，專業人員必須充分結合當前被檢測區域航線的具體情況，科學合理地規劃航線，主要用于地面分辨率、飛行高度、圖像疊加速度、導航高度等，由于這些設計參數可能會影響圖像數據采集的真實性和準確性，因此，應結合測繪需要，合理確定飛行方案。以我國某農村房屋為例，由于房屋分布較為集中，在進行農村房地一體測繪期間，無人機飛行參數設計見表2。

表2 飛行的具體參數

5.2 選擇地面控制點布設與坐標系統

應用無人機傾斜攝影測量技術進行農村房地一體測繪時，還需要加強地面控制點布置和協調系統的選擇。在此過程中，相關人員應嚴格根據試驗區的航線設置和地形變化合理確定地面控制點的數量，確保地面控制點布設的密度，從根本上保證三維模型的準確性。另外，在控制點的布置中，還要在滿足測量精度的前提下，考慮測量成本、時間等因素，使圖像控制點的布置方案符合現場測量要求。例如，在農村房地一體測繪中，為了滿足航空攝影分辨率為0.0l m 的要求，村莊內各地面控制點之間的距離應大約保持在80 m[3]。一般來說，地面控制點主要包括灰色標記點和油漆標記，在測繪布局規劃中，針對區域內地質較為堅硬的地面像控點，通常還需要使用油漆標記，而在地面像控點質地比較柔軟且較容易遭受損壞的區域而言，應設置臨時灰色標記，并將其用作地面像控點的標志。

5.3 真實場景的3D建模

在農村房地一體測繪中，可以通過無人機傾斜攝影測量技術獲得相應的坐標和影像資料，并將獲取的數據和信息結合起來，實現實景三維建模。基于真實場景的3D 建模可以將POS 系統提供的多視影像元素作為起始值，應用尺度和算法對圖像特征進行科學匹配，也可以使用波束方法實現更高的精度，并加強對測量數據和圖像的控制。在計算測量數據的過程中，可以使用Context Capture 系統執行影像匹配算法和自動紋理計算，該算法使用最先進的手段，不斷提高三維實體建模的準確性。

6 結語

綜上所述，在我國農村房地一體測繪實踐中，運用無人機傾斜攝影測量技術，可以有效提高測繪工作的精度，保證無人機測繪數據結果的客觀準確性，因此，相關無人機檢測和測繪使用單位必須重視無人機傾斜攝影測量技術的推廣應用，規范測繪業務流程，提供真實、可靠的數據，準確、完善的建筑物和土地綜合測繪結果，必要時，可以利用直觀、全面的三維模型和正射影像。無人機傾斜攝影測量技術在農村房地一體測繪中，可以顯著提高遙感數據信息傳播的準確度和及時性，該技術以其效率高、成本低、響應速度快等優點越來越受到人們的關注，因此，在未來使用過程中，應繼續加強對無人機傾斜攝影測量技術的研究，并針對當前農村房地一體測繪中存在的問題提出相應解決方案，促進農村現代化發展。