淺析基于無人機技術的不動產測繪

王絲雨 陳驥馳

（1.沈陽市勘察測繪研究院有限公司，遼寧沈陽 110004；2.沈陽工業大學，遼寧沈陽 110870）

1 無人機傾斜攝影

通過在無人機輕型飛行器上搭載多鏡頭傳感器（目前常用為五鏡頭相機），同時從正射及四個傾斜角度獲取同一位置的航攝影像，使得地面物信息更加完善、精準。較比傳統單鏡頭正射航空攝影，傾斜攝影通過多鏡頭采集，一次飛行能夠獲得五個視角的影像，從而制作出直觀、真實、還原實際的三維模型。無人機傾斜攝影原理如圖1所示。傾斜攝影技術在航攝影像采集上更為便捷高效，且作業成本低，數據精度高。其三維模型產品不但革新了傳統立體測圖的模式，實現了裸眼、全鼠標繪圖，同時，還原了實際地物的細節，支持全視角查看，更有利于地物判繪及內業屬性判讀，降低了外業調繪成本[4-5]。

圖1 無人機傾斜攝影原理

現階段，無人機遙感技術在軍用和民用方面得到廣泛關注，特別是在不動產測繪領域，無人機遙感完成了對土地資源數據和影像資料的采集，并對資料進行了智能化和專業化的處理分析[6-7]。

2 傳統不動產測繪方法

2.1 全野外數字化測繪

全站型電子測距儀（簡稱全站儀）是集成了傳統光學、機械原理、電子學等多學科技術的全能型高級測繪儀器，可以同時測量水平、垂直角度及斜距。全站儀測量是不動產測繪中最常用的外部數據采集方式，全站儀將電子測距、電子測角、數據處理等功能整合，實現自動記錄、存儲，在一個測站點進行三維坐標測量、定位和自動數據采集、處理、存儲等工作，可實現測量和數據處理過程的電子化和一體化。其工作流程主要包括野外實地踏勘、設計作業路線、圖根控制測量、界址點測量、野外調繪信息收集、內業數據處理、地籍數據及宗地圖輸出等。實地測量一般由兩人一組共同完成，一人架設儀器，操作讀數，另一人設立棱鏡。測量人員應熟悉儀器操作，具有一定作業經驗。由該方法獲得的數據成果精度高且可現場核驗，在高精度城鄉地籍測繪、房產測繪等領域應用較為廣泛。

2.2 GPS-RTK測量方法

全球定位系統實時動態測量，簡稱GPS-RTK數字測量技術，是現階段應用較為廣泛的測繪技術，可實現坐標系統轉換、自動數據預處理等工作。在數據預處理階段，可通過數據挖掘實現精準的數據傳輸及自動解碼，后期也可實現較為快速的自動運算處理。在CORS基準站數據可靠的前提下，通過增加測回數，可保證地籍測量所需精度。相比全野外測繪，該方法所需外業測量人員較少，但可能出現信號失鎖，易造成數據不可用，需要返工測量。

上述兩種常用的地籍測量方法雖精度高、較易操作，但人工投入大，不適宜地形復雜區域，且無法保留現場實況，對于誤測、漏測需要返工，無法很好地服務于不動產測繪中所關注的時間節點、歷史溯源、全局意識等。

3 傾斜攝影測量技術流程

無人機傾斜攝影技術主要工作流程為前期準備（測區踏勘、規劃航線、機載飛控檢查）、像控點布設與測量、航飛數據獲取、空中三角測量、實景三維模型構建、三維測圖及正射影像生產等環節，如圖2所示。

圖2 傾斜攝影技術流程

3.1 前期準備

確定作業區域后首先應進行實地踏勘，了解測區地形地貌及航飛管控情況。根據實際情況進行航線規劃，包括五個方面：確定地面分辨率，選取相機與計算航高，選取基準面與計算最小重疊，計算單片覆蓋、單像對覆蓋、像片數、航線數、航攝面積、總航程等，檢查設計質量。同時應進行機載飛控檢查，包括五個方面：檢查航機、空速、風門、轉速、高度計、俯仰、滾轉、偏航等，檢查供電系統、旋偏糾正云臺，檢查GPS定位，檢查遙控器，檢查曝光[8-9]。

3.2 像控點布設與測量

根據不同成圖比例尺合理規劃像控點布設密度，并按測區形狀均勻布設平高控制點，布點困難區域宜采用平面控制點與高程控制點相結合的方式布設點位。為減少投影差造成的誤差，像控點應選擇特征明顯的地面點，或根據精度需求在航飛前通過人工設置標靶的方式布設控制點。

μ的數值可以通過反復試驗得到，根據得到的μ值算出抗滑安全系數。目前孤石的抗滑安全系數還沒有明確規定，可以參考擋土墻設計中的抗滑移安全系數大小來取值。

通過外業RTK實測或全站儀量測等方式進行像控點坐標測量。像控點在外業測量與航攝采集兩個階段必須保證點位一致、目標清晰。

3.3 航飛數據獲取

選擇穩定性高的無人機飛行平臺，通常搭載五鏡頭傳感器。由于無人機體量輕的特點，易受到風力等天氣因素的影響，因此姿態參數和慣導系統精度將直接影響航攝重疊度、立體影像采集范圍及正射影像、三維模型的效果。

按照前期的航線設計，選擇天氣適宜的時間段進行航攝工作。無人機航攝期間注意根據續航能力合理安排架次且保持信號接收通暢。航攝完成后應第一時間確認影像文件、POS數據等原始成果的完整性、可用性。

3.4 空中三角測量

利用多視角影像密集匹配、聯合平差等技術傾斜攝影測量數據處理。根據無人機多視角影像覆蓋范圍廣、分辨率高的特點，可采用基于影像分割的密集匹配算法，對核線影像進行色彩分割，采用全局匹配及Ransac方法擬合視差。

聯合平差應考慮影像間幾何畸變與重疊關系。利用同時間采集的垂直視角影像和各視角傾斜影像，采用由粗到精的分級金字塔匹配策略，在每張影像上進行同名地物點自動匹配和光束法自由網平差，從而得到較為精準的同名連接點。構建連接點坐標、像控點坐標、POS輔助數據的多視影像區域網平差模型，通過聯合解算誤差方程保證平差結果的可信度與精度。

3.5 三維模型構建與精度檢查

采用革新性的解析方法及作業模式，利用Context Capture Center Master專業軟件進行自動化三維模型構建。將指定的空三成果，按照格網劃分后，分塊建模。通過提取高密度點云數據進行面構建，在此基礎上先生產出三角網白模，再通過無縫實景紋理映射，最終形成實景三維模型、DSM點云數據等數字化產品。三維模型成果應避免出現建筑漏洞、紋理拉花。利用EPS軟件，通過導入檢查點、人工矢量數據比對、軟件自動統計的方式進行模型精度核查。

3.6 三維測圖與正射影像生產

利用EPS軟件加載三維模型及點云數據，測圖采用所見即所得的全角度觀測的方式，無須立體觀測，即可實現不動產測繪中建（構）筑物、附屬設施、宗地草圖等矢量數據采集。值得一提的是，在三維模型的支持下，可在內業采集階段完成屋檐改正房屋層數、結構等屬性信息的提取。外業只需對遮擋嚴重的區域進行少量補測補調。最后，根據無人機快拼圖技術，實現正射影像一鍵出圖。

4 無人機傾斜攝影技術的優勢與不足

目前，大部分測量專用無人機能夠實現云層下相對航高1 000 m飛行，由此彌補了傳統航空攝影在高空云層飛行時受到天氣影響及云層遮擋而造成的影像成果模糊、有云影、強反光等情況，提升了航攝影像成果清晰度。

此外，無人機傾斜攝影的優勢還在于高精度，高作業效率，強數據分析能力、多種類數字成果。具體來講，由于無人機起飛準備用時短，對場地要求也較低，測量時間短，因此使其在處理突發問題時具有快速響應的優勢。相比于傳統人工實地測繪，無人機傾斜攝影測量技術可以有效降低人工成本，除像控點測量外幾乎不需要投入外業測量人員，內業通過專業攝影測量工作站也可實現快速、高自動化數據處理。無人機傾斜攝影測量不僅可以獲得傳統攝影測量的4D產品，且其三維實景模型構建技術，保證了不動產測繪成果的準確性、時效性。

無人機傾斜攝影技術具有四個技術特點：

（1）由于傾斜攝影可以實現從多角度觀測地物，因此可以反映地物周邊真實情況，彌補傳統垂直影像的不足。

（2）利用專業計算機軟件可實現對影像的長度、高度、角度、面積等參數的測量，使傾斜攝影技術得以拓展。

（3）由于航空攝影可大規模成圖，且傾斜影像可批量提取及貼紋理，因此，城市三維建模成本大幅度降低。

（4）由于傾斜攝影技術獲取的影像的數據量比三維GIS技術的仿真三維數據量小很多，因此易于實現、易于網絡發布。

當然，無人機飛行對天氣要求較高，飛行過程中如遇強風、強雨雪時，容易出現不穩定的情況，且對于大面積作業區域無人機飛行平臺的續航能力也不足支撐。此外，無人機對通信系統依賴性也比較高。隨著測繪型專用無人機設計愈發優良，以上種種局限性有望得到改善或解決，無人機傾斜攝影測量技術在不動產測繪領域的應用將越來越廣泛，優勢也更加明顯。

5 結語

本文主要介紹了無人機傾斜攝影測量的技術要點，對比不動產測繪中常用的傳統測繪技術，總結了其技術特點與作業優勢。無人機傾斜攝影技術因其人工成本低、產品應用廣、數據處理快、時間節點可溯源、可實現外業困難地區作業等優勢，在不動產測繪領域受到了廣泛關注與應用。對不同的測繪技術的對比論述有望為今后的不動產測繪工作的具體實施提供有益參考。