無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在農(nóng)村地籍測繪中的應(yīng)用探討

摘" 要：針對傳統(tǒng)地籍測繪外業(yè)工作強(qiáng)度大、周期長、成本高的問題，該文提出采用無人機(jī)搭載傾斜5鏡頭進(jìn)行影像數(shù)據(jù)采集，采用瞰景Smart3D軟件進(jìn)行空三加密解算及像控點(diǎn)轉(zhuǎn)刺平差，利用Context Capture CenterD軟件生產(chǎn)三維模型，并基于三維模型進(jìn)行地籍測繪的作業(yè)方案。以實(shí)際生產(chǎn)項(xiàng)目為例，利用外業(yè)采集的特征檢查點(diǎn)和丈量的界址線長度，對本次生產(chǎn)的地籍圖成果精度進(jìn)行檢測。結(jié)果表明，基于傾斜攝影測量技術(shù)生產(chǎn)的地籍成果，其界址點(diǎn)精度和邊長精度均符合地籍測繪精度二級要求，可以為農(nóng)村地籍測繪帶來借鑒。

關(guān)鍵詞：傾斜攝影;地籍測繪;無人機(jī);實(shí)景三維模型;農(nóng)村測繪

中圖分類號：P231" " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）25-0179-04

Abstract： Aiming at the problems of high intensity， long period and high cost in the field work of traditional cadastral surveying and mapping， this paper proposes to use UAV with tilt 5 lenses to collect image data， use aerial view Smart3D software to solve the three-dimensional encryption and image control points to thorn adjustment， use Context Capture CenterD software to produce three-dimensional model， and carry out cadastral surveying and mapping based on three-dimensional model. Taking the actual production project as an example， the accuracy of the cadastral map is tested by using the characteristic checkpoints collected by the field and the length of the measured boundary line. The results show that the accuracy of boundary point and side length of the cadastral achievements based on tilt photogrammetry technology meet the second-class requirements of cadastral surveying and mapping accuracy， which can be used as a reference for rural cadastral surveying and mapping.

Keywords： oblique photography; cadastral mapping; UAV; realistic 3D model; rural surveying and mapping

地籍測繪是一項(xiàng)長期的測繪任務(wù)，只要宗地或者房屋結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，都需要進(jìn)行地籍測繪。傳統(tǒng)的地籍測繪，通常是利用RTK（Real-time kinematic，載波相位差分技術(shù)）進(jìn)行靜態(tài)測量，得到一個(gè)高精度的點(diǎn)位坐標(biāo)，然后將全站儀架設(shè)在該點(diǎn)上，再對周邊區(qū)域的房屋界址點(diǎn)進(jìn)行測量，這種方式要求視線內(nèi)無遮擋，才可以進(jìn)行測量[1]。對于農(nóng)村來說，房屋分散錯(cuò)綜復(fù)雜，需要頻繁換站進(jìn)行測量，這導(dǎo)致作業(yè)效率低，增加了地籍測繪的成本。由于墻棱角的存在，使得RTK采集的界址點(diǎn)精度較低，無法滿足農(nóng)村地籍測繪精度要求。雖然現(xiàn)在新生產(chǎn)的RTK設(shè)備可以在傾斜的情況下準(zhǔn)確采集到目標(biāo)坐標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)值，但是這需要增加開支、采購設(shè)備，而且全野外作業(yè)，作業(yè)成本也是很高的。對于房屋邊長和宗地邊長，則是采用卷尺或者鋼尺進(jìn)行丈量，一般要求3人一組，2人拉尺，1人記錄，這種方式作業(yè)成本也很高，而且隨著距離的增加，丈量的精度在降低，也是無法滿足現(xiàn)在的高精度測繪的[2-3]。無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)，是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)測繪新技術(shù)，由于其搭載的鏡頭多，獲取的有用信息豐富，已經(jīng)被用于各行各業(yè)。本文首先介紹了傾斜攝影測量技術(shù)，并對其在地籍測繪中的作業(yè)流程進(jìn)行簡單介紹。最后以實(shí)際生產(chǎn)項(xiàng)目為例，對其生產(chǎn)的地籍成果精度進(jìn)行了檢測。結(jié)果表明，采用本文的方案生產(chǎn)的地籍圖，其精度可以滿足地籍二級精度要求，可以為農(nóng)村地籍測繪帶來借鑒。

1" 無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)

傾斜攝影是區(qū)別于垂直攝影測量的，傾斜攝影是指搭載的相機(jī)，其與地面呈現(xiàn)大的夾角，而不是垂直地面[4]。一般常見的傾斜設(shè)備是5鏡頭相機(jī)，其由“1+4”組成，其中“1”是指一個(gè)垂直相機(jī)，“4”是指4個(gè)側(cè)視相機(jī)。在拍照時(shí)，5個(gè)相機(jī)同時(shí)曝光，下視相機(jī)垂直獲取地面物體頂部信息，側(cè)視相機(jī)則獲取被攝物體的側(cè)面紋理信息。這樣獲取得到的同一地物信息更加豐富，角度更加多，從而可以得到更加有用的信息。在數(shù)據(jù)解算環(huán)境下，空三解算精度和影像的分辨率呈正相關(guān)。分辨率越高，則數(shù)據(jù)解算精度越高。結(jié)合5鏡頭相機(jī)之間的夾角和相似三角形關(guān)系可知，要使5鏡頭獲取的影像分辨率一致，則要更改側(cè)視相機(jī)的焦距，通常下視焦距為35 mm時(shí)，側(cè)視相機(jī)焦距為50 mm，這樣做可以保證后期數(shù)據(jù)解算精度較高。

2" 基于傾斜攝影的地籍測繪流程

無人機(jī)傾斜攝影測量在地籍測繪中的作業(yè)流程主要分為外業(yè)數(shù)據(jù)采集、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理和指界確認(rèn)，具體的作業(yè)流程如圖1所示。

3" 案例分析

本次項(xiàng)目位于天水市太京鎮(zhèn)某農(nóng)村，任務(wù)區(qū)范圍內(nèi)約有住戶100戶，宗地分散較為密集。本次項(xiàng)目工期緊、任務(wù)重，采用傳統(tǒng)方式無法按時(shí)高質(zhì)量完成本次任務(wù)。鑒于此，在分析了傾斜攝影測量技術(shù)后，提出采用傾斜攝影的方式進(jìn)行地籍測繪，并基于實(shí)景三維模型，完成宗地的指界工作。

3.1" 測區(qū)勘察和已有資料收集

對測區(qū)進(jìn)行勘察后得知，本次任務(wù)區(qū)平均海拔1 500 m，高差在50 m之內(nèi)，已有現(xiàn)勢性為2020年的0.2 m分辨率的影像，可以作為底圖，方便外業(yè)實(shí)際作業(yè)人員對像控點(diǎn)布設(shè)和測量的路線進(jìn)行規(guī)劃;已有“三權(quán)”數(shù)據(jù)，可以作為補(bǔ)充材料為本次使用。

3.2" 像控點(diǎn)布設(shè)與測量

首先將范圍線導(dǎo)入LSV軟件中，按照300 m的間隔均勻布設(shè)像控點(diǎn)，并將布設(shè)好的像控點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一編號，然后套合收集到的0.2 m分辨率的正射影像進(jìn)行輸出。在現(xiàn)場進(jìn)行點(diǎn)位噴涂時(shí)，要求點(diǎn)位四周空曠，不被遮擋，從而保證在后期轉(zhuǎn)刺像控點(diǎn)時(shí)，有足夠多的照片符合轉(zhuǎn)刺要求。

在進(jìn)行像控點(diǎn)坐標(biāo)測量時(shí)，首先設(shè)置手簿中的中央子午線和轉(zhuǎn)換參數(shù)等，在確保設(shè)置的參數(shù)無誤后，完成像控點(diǎn)坐標(biāo)值的測量。在測量時(shí)，每個(gè)點(diǎn)采集3次，且較差均小于1 cm時(shí)，取3次的測量平均值作為該點(diǎn)最后對應(yīng)的坐標(biāo)值。在采集時(shí)，要求氣泡居中，衛(wèi)星數(shù)量足夠多，解算狀態(tài)為“固定解”時(shí)進(jìn)行多次平滑采集。在測量坐標(biāo)時(shí)，對現(xiàn)場照片進(jìn)行了拍攝，為內(nèi)業(yè)像控點(diǎn)的轉(zhuǎn)刺提供依據(jù)。

3.3" 航線規(guī)劃和影像數(shù)據(jù)采集

為了提升三維模型的精度，本次在確保航飛高度安全時(shí)，盡可能降低飛機(jī)飛行高度，從而得到高分辨率的影像。本次航線規(guī)劃，設(shè)置的影像地面采樣分辨率為1.5 cm，航向和旁向的重疊度均為85%，航向外擴(kuò)2條基線長度，旁向各外擴(kuò)1條航線，完成航線規(guī)劃后，將其導(dǎo)出并上傳給飛控。將無人機(jī)現(xiàn)場組裝，接通電源，確保起飛條件安全時(shí)，完成無人機(jī)的起飛與影像數(shù)據(jù)的采集。本次作業(yè)飛行一架次，獲得影像8 500張，隨機(jī)查看影像表征質(zhì)量，亮度適中，對比度良好，地物分辨率高，可以滿足本次項(xiàng)目數(shù)據(jù)的生產(chǎn)。

3.4" 空中三角測量解算

本次數(shù)據(jù)解算選用瞰景Smart3D軟件，首先加載影像數(shù)據(jù)和POS數(shù)據(jù)，并將相機(jī)的內(nèi)方位元素輸入到軟件中，檢查影像和POS數(shù)據(jù)的完整性以及對應(yīng)性，在確保輸入數(shù)據(jù)無誤后，提交空中三角測量任務(wù)，開啟引擎，設(shè)置任務(wù)隊(duì)列路徑，完成影像數(shù)據(jù)的計(jì)算。將外業(yè)采集的像控點(diǎn)導(dǎo)入軟件中，對實(shí)際點(diǎn)位位于影像中間部分的點(diǎn)進(jìn)行全部轉(zhuǎn)刺，然后提交空三任務(wù)，帶著像控點(diǎn)對空三成果進(jìn)行優(yōu)化，得到像控點(diǎn)對應(yīng)的坐標(biāo)系下的成果。查看空三報(bào)告，所有像控點(diǎn)精度都滿足目前的規(guī)范要求。將優(yōu)化后的空三成果輸出，輸出格式選擇可交換格式xml，設(shè)置輸出坐標(biāo)系統(tǒng)以及勾選加密點(diǎn)，勾選導(dǎo)出未畸變照片，完成空三成果數(shù)據(jù)的輸出，本次空三加密成果如圖2所示。

3.5" 實(shí)景三維模型生產(chǎn)

對多款主流建模軟件進(jìn)行對比分析[5]，本次三維模型數(shù)據(jù)的生產(chǎn)選用Context Capture CenterD軟件，該軟件生產(chǎn)的三維模型精細(xì)度高。首先設(shè)置空間框架坐標(biāo)系和像控點(diǎn)坐標(biāo)系一致，然后導(dǎo)入建模范圍線，設(shè)置模型切塊大小以及切塊方式。本次設(shè)置的空間框架坐標(biāo)系為高斯-克呂格3度投影，中央子午線105°。切塊瓦片大小為120 m×120 m，模型輸出分辨率按照原始影像對應(yīng)的分辨率輸出，成果格式選擇OSGB，提交任務(wù)，開啟引擎，完成三維模型的生產(chǎn)，部分模型如圖3所示。

3.6" 地籍測繪

本次地籍測繪選用EPS軟件，將模型加載到該軟件中，基于模型對房屋和宗地進(jìn)行采集。在模型嚴(yán)重拉花，無法準(zhǔn)確采集某個(gè)界址點(diǎn)的情況下，可基于交匯于一點(diǎn)的方式，對無法采集的點(diǎn)進(jìn)行交匯。如果多點(diǎn)無法采集，可借助虛擬立體像對，基于空三成果，對無法準(zhǔn)確采集的界址點(diǎn)進(jìn)行采集。地籍測繪完成后，將成果輸出并引入CASS軟件中，按照地籍成果的要求，完成地籍圖的制作與整飾等相關(guān)工作。

4" 精度評定

本次利用全站儀采集的35個(gè)點(diǎn)檢測地籍成果上對應(yīng)的界址點(diǎn)精度，用鋼尺丈量的15條邊檢測界址線距離精度，部分檢測統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1和表2。

利用高精度中誤差計(jì)算公式，對本次檢測點(diǎn)的精度進(jìn)行計(jì)算，得到界址點(diǎn)平面中誤差為±7.8 cm，對15條邊長取較差的平均值作為本次界址線距離精度的統(tǒng)計(jì)，得到15條邊長的平均較差為±12.5 cm。按照現(xiàn)有的地籍測繪精度要求[6]，由表3可知，本次生產(chǎn)的地籍成果，其界址點(diǎn)精度和界址線距離精度均可以滿足地籍測繪二級精度要求，可作為一種新的方式用于農(nóng)村地籍測繪。

5" 基于模型指界確權(quán)

傳統(tǒng)的指界確權(quán)，都必須到實(shí)地進(jìn)行，這為項(xiàng)目的開展增加了開支。實(shí)景三維模型，將實(shí)際場景呈現(xiàn)到電腦端，通過電腦將實(shí)際情況還原出來，這為指界確權(quán)提供了便利。在指界的時(shí)候，村民可以集中到村委會，在眾人監(jiān)督的情況下完成指界確權(quán)，并且對于存在糾紛的界限，村長以及村民可以協(xié)調(diào)，從而順利、快速、準(zhǔn)確地完成指界確權(quán)工作。通過將實(shí)景三維模型和地籍成果進(jìn)行比對，可以快速查找漏測的房屋，從而降低了地籍補(bǔ)測成本，為高質(zhì)量的地籍測繪提供了保障。

6" 結(jié)束語

本文探討了傾斜攝影測量技術(shù)在農(nóng)村地籍測繪中的應(yīng)用，并以實(shí)際項(xiàng)目為例，對地籍成果精度進(jìn)行了檢測。由檢測結(jié)果可知，采用傾斜攝影方式生產(chǎn)的地籍圖，其精度可以滿足地籍測繪二級精度要求，并且基于實(shí)景三維模型，可以將村民集中起來，進(jìn)行指界確權(quán)，提升了作業(yè)效率和指界確權(quán)的準(zhǔn)確性，具有一定的參考意義。

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