無人機傾斜攝影測量技術在農村地籍測繪中的應用探討

摘" 要：針對傳統地籍測繪外業工作強度大、周期長、成本高的問題，該文提出采用無人機搭載傾斜5鏡頭進行影像數據采集，采用瞰景Smart3D軟件進行空三加密解算及像控點轉刺平差，利用Context Capture CenterD軟件生產三維模型，并基于三維模型進行地籍測繪的作業方案。以實際生產項目為例，利用外業采集的特征檢查點和丈量的界址線長度，對本次生產的地籍圖成果精度進行檢測。結果表明，基于傾斜攝影測量技術生產的地籍成果，其界址點精度和邊長精度均符合地籍測繪精度二級要求，可以為農村地籍測繪帶來借鑒。

關鍵詞：傾斜攝影;地籍測繪;無人機;實景三維模型;農村測繪

中圖分類號：P231" " " " 文獻標志碼：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

地籍測繪是一項長期的測繪任務，只要宗地或者房屋結構發生了變化，都需要進行地籍測繪。傳統的地籍測繪，通常是利用RTK（Real-time kinematic，載波相位差分技術）進行靜態測量，得到一個高精度的點位坐標，然后將全站儀架設在該點上，再對周邊區域的房屋界址點進行測量，這種方式要求視線內無遮擋，才可以進行測量[1]。對于農村來說，房屋分散錯綜復雜，需要頻繁換站進行測量，這導致作業效率低，增加了地籍測繪的成本。由于墻棱角的存在，使得RTK采集的界址點精度較低，無法滿足農村地籍測繪精度要求。雖然現在新生產的RTK設備可以在傾斜的情況下準確采集到目標坐標點的坐標值，但是這需要增加開支、采購設備，而且全野外作業，作業成本也是很高的。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，也是無法滿足現在的高精度測繪的[2-3]。無人機傾斜攝影測量技術，是近年來發展起來的一項測繪新技術，由于其搭載的鏡頭多，獲取的有用信息豐富，已經被用于各行各業。本文首先介紹了傾斜攝影測量技術，并對其在地籍測繪中的作業流程進行簡單介紹。最后以實際生產項目為例，對其生產的地籍成果精度進行了檢測。結果表明，采用本文的方案生產的地籍圖，其精度可以滿足地籍二級精度要求，可以為農村地籍測繪帶來借鑒。

1" 無人機傾斜攝影測量技術

傾斜攝影是區別于垂直攝影測量的，傾斜攝影是指搭載的相機，其與地面呈現大的夾角，而不是垂直地面[4]。一般常見的傾斜設備是5鏡頭相機，其由“1+4”組成，其中“1”是指一個垂直相機，“4”是指4個側視相機。在拍照時，5個相機同時曝光，下視相機垂直獲取地面物體頂部信息，側視相機則獲取被攝物體的側面紋理信息。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。在數據解算環境下，空三解算精度和影像的分辨率呈正相關。分辨率越高，則數據解算精度越高。結合5鏡頭相機之間的夾角和相似三角形關系可知，要使5鏡頭獲取的影像分辨率一致，則要更改側視相機的焦距，通常下視焦距為35 mm時，側視相機焦距為50 mm，這樣做可以保證后期數據解算精度較高。

2" 基于傾斜攝影的地籍測繪流程

無人機傾斜攝影測量在地籍測繪中的作業流程主要分為外業數據采集、內業數據處理和指界確認，具體的作業流程如圖1所示。

3" 案例分析

本次項目位于天水市太京鎮某農村，任務區范圍內約有住戶100戶，宗地分散較為密集。本次項目工期緊、任務重，采用傳統方式無法按時高質量完成本次任務。鑒于此，在分析了傾斜攝影測量技術后，提出采用傾斜攝影的方式進行地籍測繪，并基于實景三維模型，完成宗地的指界工作。

3.1" 測區勘察和已有資料收集

對測區進行勘察后得知，本次任務區平均海拔1 500 m，高差在50 m之內，已有現勢性為2020年的0.2 m分辨率的影像，可以作為底圖，方便外業實際作業人員對像控點布設和測量的路線進行規劃;已有“三權”數據，可以作為補充材料為本次使用。

3.2" 像控點布設與測量

首先將范圍線導入LSV軟件中，按照300 m的間隔均勻布設像控點，并將布設好的像控點進行統一編號，然后套合收集到的0.2 m分辨率的正射影像進行輸出。在現場進行點位噴涂時，要求點位四周空曠，不被遮擋，從而保證在后期轉刺像控點時，有足夠多的照片符合轉刺要求。

在進行像控點坐標測量時，首先設置手簿中的中央子午線和轉換參數等，在確保設置的參數無誤后，完成像控點坐標值的測量。在測量時，每個點采集3次，且較差均小于1 cm時，取3次的測量平均值作為該點最后對應的坐標值。在采集時，要求氣泡居中，衛星數量足夠多，解算狀態為“固定解”時進行多次平滑采集。在測量坐標時，對現場照片進行了拍攝，為內業像控點的轉刺提供依據。

3.3" 航線規劃和影像數據采集

為了提升三維模型的精度，本次在確保航飛高度安全時，盡可能降低飛機飛行高度，從而得到高分辨率的影像。本次航線規劃，設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2條基線長度，旁向各外擴1條航線，完成航線規劃后，將其導出并上傳給飛控。將無人機現場組裝，接通電源，確保起飛條件安全時，完成無人機的起飛與影像數據的采集。本次作業飛行一架次，獲得影像8 500張，隨機查看影像表征質量，亮度適中，對比度良好，地物分辨率高，可以滿足本次項目數據的生產。

3.4" 空中三角測量解算

本次數據解算選用瞰景Smart3D軟件，首先加載影像數據和POS數據，并將相機的內方位元素輸入到軟件中，檢查影像和POS數據的完整性以及對應性，在確保輸入數據無誤后，提交空中三角測量任務，開啟引擎，設置任務隊列路徑，完成影像數據的計算。將外業采集的像控點導入軟件中，對實際點位位于影像中間部分的點進行全部轉刺，然后提交空三任務，帶著像控點對空三成果進行優化，得到像控點對應的坐標系下的成果。查看空三報告，所有像控點精度都滿足目前的規范要求。將優化后的空三成果輸出，輸出格式選擇可交換格式xml，設置輸出坐標系統以及勾選加密點，勾選導出未畸變照片，完成空三成果數據的輸出，本次空三加密成果如圖2所示。

3.5" 實景三維模型生產

對多款主流建模軟件進行對比分析[5]，本次三維模型數據的生產選用Context Capture CenterD軟件，該軟件生產的三維模型精細度高。首先設置空間框架坐標系和像控點坐標系一致，然后導入建模范圍線，設置模型切塊大小以及切塊方式。本次設置的空間框架坐標系為高斯-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的分辨率輸出，成果格式選擇OSGB，提交任務，開啟引擎，完成三維模型的生產，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行采集。在模型嚴重拉花，無法準確采集某個界址點的情況下，可基于交匯于一點的方式，對無法采集的點進行交匯。如果多點無法采集，可借助虛擬立體像對，基于空三成果，對無法準確采集的界址點進行采集。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工作。

4" 精度評定

本次利用全站儀采集的35個點檢測地籍成果上對應的界址點精度，用鋼尺丈量的15條邊檢測界址線距離精度，部分檢測統計結果見表1和表2。

利用高精度中誤差計算公式，對本次檢測點的精度進行計算，得到界址點平面中誤差為±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計，得到15條邊長的平均較差為±12.5 cm。按照現有的地籍測繪精度要求[6]，由表3可知，本次生產的地籍成果，其界址點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村地籍測繪。

5" 基于模型指界確權

傳統的指界確權，都必須到實地進行，這為項目的開展增加了開支。實景三維模型，將實際場景呈現到電腦端，通過電腦將實際情況還原出來，這為指界確權提供了便利。在指界的時候，村民可以集中到村委會，在眾人監督的情況下完成指界確權，并且對于存在糾紛的界限，村長以及村民可以協調，從而順利、快速、準確地完成指界確權工作。通過將實景三維模型和地籍成果進行比對，可以快速查找漏測的房屋，從而降低了地籍補測成本，為高質量的地籍測繪提供了保障。

6" 結束語

本文探討了傾斜攝影測量技術在農村地籍測繪中的應用，并以實際項目為例，對地籍成果精度進行了檢測。由檢測結果可知，采用傾斜攝影方式生產的地籍圖，其精度可以滿足地籍測繪二級精度要求，并且基于實景三維模型，可以將村民集中起來，進行指界確權，提升了作業效率和指界確權的準確性，具有一定的參考意義。

參考文獻：

[1] 萬麗娟.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[J].工程建設與設計，2022（12）：140-142.

[2] 賈秋英.無人機傾斜攝影測量技術在地籍測繪項目中的應用[J].科學技術創新，2021（19）：35-36.

[3] 趙喜春.傾斜攝影測量技術在地籍測繪領域應用探討[J].測繪與空間地理信息，2021，44（6）：172-174.

[4] 魏軍，于洪雨，靳巧珠，等.無人機傾斜攝影技術在農村房地一體確權登記項目中的應用研究[J].測繪與空間地理信息，2023，46（2）：60-63.

[5] 張懂慶，魏軍，王萍.三種傾斜攝影建模軟件對比分析[J].測繪技術裝備，2022，24（3）：114-119.

[6] 周攀.無人機傾斜攝影不同像控點密度對地籍成果精度的影響[J].自動化應用，2022（10）：107-109，113.