無人機傾斜攝影技術在不動產確權登記中的應用研究

王青林

（安徽首佳科技信息服務有限公司 安徽 合肥 230601）

0 引言

目前，我國將宅基地與房屋登記信息整合至統一的不動產登記平臺，這就需要在宅基地測繪的同時對地上的定著物、附著物進行測繪[1]。以往的宅基地測量采用傳統的CPS-RTK 與全站儀實測法，面對全國龐大體量的宅基地，測量人員在傳統測量方法下很難高效完成不動產確權登記項目。隨著無人機平臺的發展成熟，測量人員利用無人機傾斜攝影測量技術可以快速地獲取到多角度的高分影像數據，而且還可以快速生成高精度實景三維模型[2]。測量人員對已生成三維模型的基礎上進行不動產要素采集，就省去過多的外業測量流程，提高了數據生產的效率與質量。目前，我國絕大多數地區已采用該作業模式進行不動產確權登記工作，并取得了較好的數據成果，為不動產統一登記提供了一套嶄新的解決方案。

1 無人機傾斜攝影技術

1.1 無人機技術

無人機（unmanned aerial vehicle，UAV）是新型的不需要載人駕駛的中小型飛行器，它可通過地面操作人員遠距離遙控或者根據機載傳感器指令進行自動飛行。無人機最早被應用于軍事領域，隨著通信、導航、工業制造等技術的不斷突破，無人機具有低成本、靈活便攜、低操縱門檻等特性，已經被廣泛應用于商業、娛樂、農業、科研等領域。近年來，無人機航空攝影測量（簡稱無人機航測）技術也逐漸發展成熟。無人機航測技術集多項高新技術于一體，包括航空攝影測量技術、無人駕駛飛行技術、遙控遙測技術等[3]。其中，空中飛行平臺主要有自動控制系統、無人飛行器、非測量型高分辨率數碼相機等傳感器設備。無人飛行器主要用來搭載自動控制系統和數碼相機，作為任務設備，非測量數碼相機主要用來獲取高分辨率地面物體的影像，可通過定時或者定距來操作，具有高度自動化等特點；無人機自動控制系統能夠接受并處理控制指令，精確控制無人機按照設定的航線飛行，其主要由微處理器、GNSS 接收機和慣性導航模塊等傳感器組成。無人機自動控制系統可參照作業時發動機的轉速、風速等氣象信息自動設定參數，地面控制系統發出指令后就能實現無人機的遙控或自主飛行，保證飛行姿態，自動采集地面物體的影像數據。

1.2 傾斜攝影測量技術

傳統攝影測量技術在新時代測繪工作中應用十分廣泛，通過這一技術可以更精確、高效地獲取地理信息要素。但是，隨著人們對精度要求的不斷提高，傳統航空攝影測量只能獲取正射影像的問題也逐漸暴露了出來。測量人員為了彌補這一缺點，傾斜攝影測量技術應運而生，該技術是國際遙感領域近年來新興發展的一項對地觀測技術。該技術有效融合了近景攝影測量與傳統航測技術的優勢，但又與傳統航測只能單架次獲取地面物體下視影像不同。傾斜攝影測量是在飛行平臺上搭載傾斜、垂直等不同視角的航攝儀[4]，即增加了與下視方向成15°以上的前、后、左、右4 個傾斜鏡頭，再加上一個下視鏡頭共五個鏡頭同時曝光獲得每個視角的影像和曝光瞬間的POS 數據。無人機不僅能采集到地面物體的多視角高清立體傾斜影像，同時還能獲取到地物的側面紋理信息（見圖1）。所拍攝的影像再借助于全自動高性能后處理系統進行批量定向和建模，可快速構建出具有地物準確位置和清晰紋理的高分辨率真三維場景。工作人員借助于專業數據處理軟件不但可以實現地物的三維數字化精準量測，還可進一步生成多種數字化測繪產品，滿足各行各業的生產用圖需求。

圖1 無人機傾斜攝影技術

1.3 無人機傾斜攝影測量的優勢

傾斜攝影測量自出現至今，已成為一項成熟的測繪手段。該項技術的提出，解決了以往航測過程中只能獲取地物垂直視角影像的缺點，可以同時獲取多視角影像，通過獲取的多角度影像可以快速地進行實景三維模型的建立[5]。總體來說，無人機傾斜攝影測量的優點有以下幾個方面：

（1）打破傳統。在傾斜攝影測量技術問世前，傳統的航測只能獲取垂直方向上的影像。測量人員利用傾斜攝影測量可以獲取多角度、高分辨率的影像，并且在二、三維之間可自由切換。有效解決了垂直航攝影像無法獲取到建筑物的側面和層高信息，測圖人員僅需要少量的外業調繪即可精確地測制出地形圖。

（2）低成本。無人機傾斜攝影測量系統具有很高的機動性和靈活性，而且操作簡單、數據采集效率高、可以單人作業，無論是從人力成本還是時間成本上都極大地減少項目投入的成本。

（3）測量工作無地域限制。以往的測量工作需測繪工作者在實地進行測量，通過無人機攝影測量技術可以減少原有的外業工作量，將更多的工作轉至內部操作，使得測量工作不受地域限制。

（4）自動化程度高。無人機傾斜攝影測量技術數據處理過程無需過多的人工干預，可在全自動的模式下完成實景三維模型的建立。經實踐驗證，無人機傾斜攝影測量技術相比人工建模，效率提高了2 倍以上，大大縮短了建模時間，節省了人力物力。

2 技術方案

2.1 項目介紹

某不動產確權登記項目利用無人機傾斜攝影測量技術進行數據采集后建立實景三維模型，然后利用Cass3D 軟件進行不動產要素的采集并輸出成果，最后利用常規測繪儀器進行數據檢驗，以驗證無人機傾斜攝影測量技術在房地一體項目中的精度。

2.2 數據采集

（1）航線設計：測量人員按照項目劃定的測區范圍和地貌情況進行航線設計，由于該項目地處環境較為復雜，所以航攝區域高差不能大于設計航高的1/6；為了保證航攝影像的重疊率，本次航測航向重疊度設置為65%，旁向重疊度設置為55%。

（2）像控點布設：測量人員以無人機航線規劃為前提條件。將本項目像控點針對性地布設在航線、航帶相接的區域，據此來完成航測內業加密和測圖。在像控點布設之前一般以衛星影像圖為底圖進行預布設，再參照現場踏勘的地理位置布設具體的點位。待測區采用區域網布點，分為平面像片控制點和高程像片控制點。布設主要以靶標為主，采用少量明顯地物（房角、渠道邊）等，測量的手段主要為GPS-RTK 快速測量方法施測。

（3）航攝：測量人員利用無人機傾斜攝影技術進行地面要素采集時主要通過在無人機平臺搭載四個傾斜方向和一個下視方向相機進行影像拍攝。本案例中采用設備是大疆M300-RTK 無人機搭Share102SPm 五鏡頭傾斜相機。本案例中，無人機航飛的高度為200 m，獲取影像地面分辨率為0.05 m，航向重疊度為80%，旁向重疊度為70%。M300-RTK 無人機上的全球定位系統采用GPS+GLONASS+BeiDou+Calileo 多星定位技術，使得定位精度更高，相機曝光瞬間可以獲取精確的POS 數據。測量人員結合外業像控點的采集進行數據處理。在完成設備檢校、航線規劃、像控點布設等步驟后，便可擇機進行外業航飛。外業航飛應挑選天氣晴朗、空氣質量良好、氣象條件溫和的時間窗口實施。執飛時，無人機起、降方向應考慮實地風向設置，利用配套軟件實時監測飛行狀態，如果在飛行期間遭遇多次嚴重瞬間大風，應考慮補飛。

2.3 數據處理

首先工作人員使用勻光軟件對航拍好的照片進行色彩和曝光度等處理，使影像效果達到最佳狀態。采用無人機傾斜攝影測量方法建立實景三維模型的主要技術要點是影像采集、預處理、空中三角測量、TIN 網構建、紋理映射等[6]。其中空中三角測量中主要技術包含影像內定向、相對定向、同名點提取、光束法平差等。空中三角測量是將處理后的相片導入空中三角測量軟件，只單純用無人機自帶的POS 進行一次粗略的空三加密，便于控制片刺點影像與航片影像匹配，之后就要進行像控點的刺點。通過自動計算DSM 點云和建筑物植被過濾，構建TIN，根據TIN 創建DEM，然后將DEM 切割、融合并進行邊緣裁切，設置參數并糾正，拼接勻色出圖生成DOM。本文采用南方測繪CASS9.1、AutoCAD 2004 軟件進行大比例尺地形圖數據編輯，生成大比例尺地形圖。大比例尺地形圖矢量數據作業時首先根據立體影像判讀，并進行地物、地貌矢量要素的采集形成航測數字化原圖。外業人員再對初編后的大比例尺地形圖原圖進行現場補充核實，重點核實線狀地物、點狀地物、植被以及地名等要素，同時利用常規的方法補測新增地物，最后基于核實調繪后的成果進行內業編輯，生產出全要素的大比例尺地形圖。

2.4 精度分析

根據《城鎮地籍調查規程》(TD1001-93)，主要通過界址點精度與不動產單元面積的準確度來衡量不動產測繪的精度[7]。為了驗證通過無人機傾斜攝影測量模式獲取的不動產測繪精度，使用RTK 與全站儀進行抽樣檢查，測量人員對選中的不動產單元進行實地測量，得到界址點坐標與不動產單元中宅基地、房屋等的面積。并與利用無人機傾斜攝影測量技術與Cass3D 軟件采集的數據進行對比，本項目抽取一個村的10 個界址點數據進行分析。

（1）界址點精度對比

根據城鎮地籍調查規程，界址點相對鄰近控制點點位中誤差不大于5 cm，界址點相對鄰近控制點、兩相鄰界址點之間的量距允許誤差不大于10 cm，若兩邊誤差超過10cm 則超出誤差范圍。參照表1統計數據，并根據式（1）中誤差計算公式計算：

式（1）中Δx、y為坐標差值，n為檢查點數量。

計算得出界址點中誤差為0.043 m，檢查點中最大的誤差為0.067 m，而且所檢查的界址點精度都在限差內。因此，利用無人機攝影測量技術采集的數據可以滿足不動產登記中界址點精度，見表1。

表1 界址點實測與采集數據對比

（2）不動產單元面積精度

不動產登記中房產面積需滿足三級精度要求，研究人員抽查了9 組房產面積（統計數據見表2），根據式（2）面積誤差公式計算：

式（2）中S 為房產面積。計算得出9 組房產面積精度小于1 倍中誤差，1 組房產面積精度小于2 倍中誤差。在測量中研究人員一般取2 倍中誤差作為限差，因此，9組檢查的房產面積全部符合精度要求，見表2。

表2 不動產單元面積精度統計表

3 結語

本文以某不動產登記項目為研究對象，對無人機攝影測量技術在不動產登記中的實施過程進行介紹。并驗證了無人機傾斜攝影測量的精度可以滿足不動產登記項目的需求，該技術相對傳統的全站儀與RTK 測量有以下優勢：

（1）不動產數據生產過程中，內業操作增多，外業操作減少，很大程度降低了測繪工作者的勞動強度。

（2）無人機航飛與實景三維模型建立過程中的人員成本相對較少，減少了項目成本。

總體來說，利用無人機傾斜攝影測量技術進行不動產登記是適應目前生產需要的一種較好的方法，可以為不動產登記工作提供合適的解決方案。