無人機傾斜攝影測量在房地一體測繪中的應用研究

周立垚

（浙江省浙南綜合工程勘察測繪院有限公司，浙江 麗水 323050）

0 引言

近年來我國逐步開展了農村不動產權籍調查及確權工作。該項工作普遍采用的外業數據采集方式為使用全站儀、激光測距儀等［1］，該作業方式理論基礎較為成熟，測繪成果精度較高，能夠為不動產確權登記提供準確可靠的數據支撐。但該方法弊端也較為明顯，全站儀測量方法為單點測量，會使得測繪成果存在一定的局限性，無法直觀反映被測對象的表面紋理特征，且該方法作業周期長，內業處理較為煩瑣，出圖效率低，需投入較多的人力物力。隨著不動產確權工作的快速推進，傳統作業方式越來越難以滿足農村不動產基礎測量數據快速更新的需求。無人機傾斜攝影測量技術的出現，為不動產基礎數據快速更新提供了新的解決方案。

無人機傾斜攝影測量三維建模改變了傳統建模方法數據采集慢、建模周期長等弊端，大大提高了三維模型生產效率，同時也降低了建模成本，極大地提高了傾斜模型在多個領域中的應用發展前景［2］。本次研究利用無人機傾斜攝影測量技術對某地區進行房地一體化測繪，采集研究區航攝影像數據，建立測區三維實景模型，從而獲取研究區房地一體化測繪成果。

1 傾斜攝影三維建模

以無人機傾斜攝影測量技術為基礎進行三維模型構建，其流程主要可分為2 步：野外數據采集和三維模型構建［3］。其中，野外數據采集包括控制點布設與量測、測區航攝影像采集等，像控點布設是無人機傾斜攝影測量的基礎，盡管一些研究人員提出了免像控三維建模方法，但是這種建模方式模型成果精度相對較差，難以滿足生產使用需求，因此本文選擇布設與量測像控點作業方式。測區航攝影像采集主要有單鏡頭采集和五鏡頭采集2 種作業方式，其原理基本相同，均利用搭載相機采集垂直角度以及前、后、左、右4 個傾斜角度的地表影像。單鏡頭采集是在無人機上搭載可旋轉的單相機鏡頭，無人機通過井字飛行方式完成5 個方向的地表影像采集工作，該方法硬件成本相對較低，但是航攝工作及數據處理較為復雜，從而降低了三維模型生產效率；五鏡頭采集是在無人機上搭載5 個相機鏡頭，按照飛行航線同時采集5 個角度的地表影像，其硬件成本相對較高，但數據處理過程較為方便，三維模型生產效率較高，更有利于大范圍區域內傾斜攝影三維模型基礎數據采集獲取。

隨著計算機技術的發展，三維建模軟件逐漸向自動化建模方向靠攏，各類建模軟件開發應用逐漸成熟，但其原理基本一致，核心建模步驟主要包括5個方面，分別為影像稀疏匹配、空中三角測量、影像密集匹配生成密集點云、密集點云三角網構建，以及自動紋理映射生成實景三維模型［4］。

2 房地一體調查

房地一體調查工作是我國土地房產管理工作的基礎，其作業方法流程應嚴格遵守不動產權籍調查規程和相關技術標準，充分利用已有土地房產調查數據成果，針對測區實際情況，合理選擇數字測圖、三維激光掃描、傾斜攝影測量等作業方法進行數據采集作業，通過內業數據處理建立集圖形、屬性及登記信息為一體的不動產權籍調查數據，為不動產登記發證提供可靠數據依據。房地一體調查作業主要包含以下幾個方面：

1）測區現存數據資料收集。

在進行正式作業前，首先應對測區已有的數據資料進行收集歸納，主要包括與該項目有關的地區政策文件、測區內各自然村和鄉鎮等界線數據、測區高等級控制測量數據、測區各類型土地利用現狀數據、數字正射影像圖及歷史地形圖等圖形數據。已有數據搜集完成后，在當地各級領導的協助下，向居民進行房地一體調查宣傳，目的是向居民普及房地一體調查作業的必要性，使居民在后續工作過程中多多配合作業人員進行調查測繪，提高作業效率。

2）測區地籍成果測繪。

本次研究采用無人機傾斜攝影測量技術方法對研究區進行外業航攝數據采集作業，某些航攝盲區采用全站儀進行補測，采用專業數據軟件對外業數據進行處理，生成能夠滿足規范及使用要求的地籍測繪成果，從而為房地一體化調查工作的開展提供測區地籍底圖。

3）房地一體化調查作業。

房地一體化調查是土地權屬調查和附著建筑物產權現狀調查同時開展的作業方法，有利于實現“三權統一”，提高土地、房屋權屬以及現狀調查測繪效率，實現房地調查測繪成果的統一管理。調查測量完成后即可進行內業數據處理，利用不動產權籍調查建庫專業軟件工具進行測區宗地圖繪制、房地一體數據關聯、成果輸出等，輸出成果滿足規范要求后即可進行入庫存儲。

3 傾斜攝影測量房地一體測繪

3.1 數據采集

本次研究以某地區農村不動產權籍調查測繪項目為研究對象，該項目測區面積約為1.37 km2，地形條件相對較為復雜，房屋建筑依托地形建設，分布相對較為零散。采用傳統全站儀單點測量方法工作量較大，需投入較多的人力物力。為提高作業效率，該項目采用無人機傾斜攝影測量技術進行房地一體化測繪工作。

航攝作業前需進行航攝規劃設計，首先依據航攝任務對作業區域進行報備，確定作業區域可以進行航飛作業后繪制測區KML（Keyhole Markup Language）范圍線，進行航線規劃設計，確定航攝路線。之后依據天氣情況確定航攝日期，提前檢查無人機狀態，確保可以進行正常飛行作業。

像控點是無人機傾斜攝影測量的控制基礎［5］，飛行前需要在測區范圍內合理布設地面像控點，并確保像控點均勻布設且覆蓋整個測區，以高精度GNSS-RTK 多次測量結果作為最終像控點成果數據。選定視野開闊的平坦區域作為起飛點，進行實際作業區域航線規劃設計，并確保航向重疊度不小于80%，旁向重疊度不小于70%。若航攝區域內高差較大，應分塊分區域航飛作業，獲取研究區原始影像數據。

本項目使用大疆經緯M 600 無人機搭載五鏡頭進行數據采集，選擇天氣晴朗、能見度較高的微風天氣進行航攝作業。無人機傾斜測量設計參數如表1 所示。

表1 無人機傾斜測量設計參數

航拍作業完成后，需對其成果進行檢查，主要檢查內容包括航攝影像是否完整、航拍照片曝光是否正常，以及POS 數據是否存在丟失現象等，當出現此類問題時需進行補測。外業航攝成果檢查完成后，將航攝影像分類存儲在同一個項目文件夾內，便于進行數據處理。

3.2 數據處理

傾斜攝影測量的內業數據處理主要包含以下幾個方面：首先是對航攝影像進行勻光勻色、畸變改正等預處理［6］，確保航攝影像能夠滿足使用要求；然后對其進行空三加密，經檢驗合格后即可生成點云數據；最后對點云數據進行去噪和精簡，即可建立測區實景三維模型。本文采用多視影像聯合平差技術對外業航攝獲取的傾斜影像進行區域網平差，然后進行多視影像密集匹配，生成能夠滿足使用要求的高精度點云數據，構建不規則三角網，并進行測區建筑物紋理映射，從而得到測區實景三維模型。以上數據處理過程均在Smart3D 軟件中進行，通過設置所需參數即可完成自動解算，操作方便，自動化程度較高。

測區三維實景模型構建完成后，需進行地物地貌特征及屬性數據信息的內業采集，主要有傳統立體測圖和專業數據軟件自動提取2 種方式，專業數據的軟件自動提取是在傳統立體測圖的基礎上，采用圖像識別算法將特征信息進行自動獲取，能夠降低立體測圖工作強度，但精度略低，很難達到傳統立體測圖效果。本項目使用EPS 軟件直接在三維模型上進行數據采集，EPS 軟件不能直接識別OSGB 格式，需要使用EPS 三維測圖模塊將模型轉換成DSM 格式，才能將三維模型導入；EPS 支持同時在二維窗口加載超大影像，在三維窗口加載實景三維模型，采集房屋要素時，傳統操作需要進行“房檐改正”，而三維測圖可直接采集到墻體表面，更加方便、準確，大大提高了內外業工作效率；對于軟件無法自動提取的要素信息采用傳統立體測圖形式進行人工采集，直至數據成果滿足要求為止。測區局部三維模型和房地一體化測繪成果如圖1 所示。

圖1 測區局部三維模型和房地一體化測繪成果圖

3.3 精度分析

房屋一體化測繪成果生產完成后，需對其進行精度評定，驗證其是否滿足規范及使用要求，主要驗證內容為界址點精度及地物間距精度，規范精度要求如表2 所示。

表2 房屋一體化測繪成果精度要求 單位：m

為對房地一體化測繪成果界址點精度進行科學評定，本次研究本著“均勻分布”的原則在測區范圍內隨機選擇了206 個界址點和161 條建筑物特征邊進行校核，分別采用高精度全站儀和激光測距儀進行界址點平面坐標和特征邊邊長測量，并與房地一體化測繪成果中對應界址點和特征邊進行對比分析，統計結果分別如表3 和表4 所示。

表3 界址點點位較差分布

表4 地籍圖間距較差分布

通過對表3 分析可知：采用無人機傾斜攝影測量獲取的房地一體化測繪成果界址點平面坐標點位中誤差為0.031 2 m；與檢核點較差小于0.05 m 的界址點有178 個，占檢核點總數的86.41%；與檢核點較差位于0.05～0.10 m 區間范圍內的界址點有26個，占檢核點總數的12.62%；與檢核點較差位于0.10～0.15 m 區間范圍內的界址點有2 個，占檢核點總數的0.97%，遠小于5%；沒有超過0.15m 的界址點較差。

通過對表4 分析可知：采用無人機傾斜攝影測量獲取的房地一體化測繪成果地籍圖特征邊邊長中誤差為0.038 4 m；與檢核成果較差小于0.05 m 的地籍圖特征邊有133 條，占檢核成果總數的82.61%；與檢核成果較差位于0.05～0.10 m 區間范圍內的地籍圖特征邊有25 條，占檢核成果總數的15.53%；與檢核成果較差位于0.10～0.15 m 區間范圍內的地籍圖特征邊有3 條，占檢核點總數的1.86%，遠小于5%；沒有超過0.15 m 的地籍圖特征邊間距較差。

綜上所述，采用無人機傾斜攝影測量進行房地一體化作業，測繪成果精度較高，能夠滿足規范和生產使用要求，且可以大大降低工作量，提高作業效率。

4 結語

房地一體化調查工作是我國土地管理工作的基礎，與廣大人民群眾的個人利益息息相關，因此通過合理高效的作業方式對房地一體化數據成果進行高精度生產輸出，具有極為重要的現實意義。本次研究以無人機傾斜攝影測量技術為基礎，對研究區房地一體測繪項目進行航攝作業，利用Smart3D 軟件建立測區實景三維模型，利用EPS 軟件提取不動產數據信息，從而實現房地一體基礎數據的快速獲取與更新，并對測繪成果進行精度分析，確保能夠滿足規范精度和生產使用要求，既降低了項目成本，提高了作業效率，又保障了測繪成果質量，為后續不動產登記確權提供可靠數據依據，有利于推動不動產登記確權的快速發展與進步。