房地一體測繪中無人機傾斜攝影測量技術的應用

李永紅

［廣州市從化區規劃和測繪地理信息中心（廣州市從化區地下管線信息管理中心），廣東 廣州 510000］

0 引言

在房地一體化工程持續推進的背景下，測繪工作涉及的數據越來越多，所以對測量方法的要求越來越高。無人機傾斜攝影測量技術具有諸多優勢，不僅應用成本較低、測量效率較高，且測量數據十分精準。但由于這一技術屬于新型技術，因此，相關行業還應重點探究此技術在房地一體測繪中應用的可行性和效果。

1 無人機傾斜攝影測量技術概述

無人機傾斜攝影測量技術指的是基于無人機的應用，傾斜攝影，對地物數據進行獲取，并以3D 形式呈現。這一技術目前在測量工作中較為常用。3D 形式數據主要涉及地物坐標、地物外觀以及地物幾何數據等。應用具備多源數據加載功能的平臺對3D 模型予以構建，可實現測繪效果。以技術分類角度分析，無人機傾斜攝影測量歸屬航空攝影測量領域，但相較于以往采用的航空攝影技術，無人機傾斜攝影測量技術還存在較大差異，傳統技術傳感器方向單一，僅可基于垂直角度對地物進行拍攝，而通過無人機承載不同方向傳感器，可從多角度獲取影像信息，得到3D 空間數據。而且，無人機具有體積較小、靈動性較高的特點，所以在小型地物測繪中更為適用。

2 無人機傾斜攝影測量技術在房地一體測繪中的應用內容

2.1 儀器設備選用

現階段，常見無人機類型有固定翼無人機，單旋翼無人機，多旋翼無人機，單旋翼、固定翼混合垂直起降無人機4 種。在這4 種類型無人機中，多旋翼無人機不僅體型較小、功率較低，且便于懸停，所以更適用于房地一體測繪作業。由于測繪作業要求無人機具備較高穩定性，還應合理限定無人機本身各項參數。本文研究以大疆M600 六旋無人機為主，導航和控制采用A3 飛控，其飛行載重為6kg，懸停垂直精度和水平精度分別為0.5m、1.5m，飛行速度為18m/s，飛行高度最高可達2500m，智能電池6 塊，續航時間在30min 左右。無人機上傳感器傾斜攝影系統選用睿鉑DG3，相機設備選用索尼ILCE-5100，下視鏡頭焦距和傾斜相機鏡頭焦距分別為27.6mm、40mm，像幅23.5mm×15.6mm，像元分辨率0.00392mm[1]。

2.2 航線規劃

（1）確定航高。無人機飛行高度不僅決定著飛行安全，也會對數據的采集質量造成影響。在無人機傾斜攝影航向規劃中，確定航高屬于基礎環節。結合地形情況和安全飛行條件，對基準面高度予以確定。基于地形圖上高點平均高程和低點平均高程，計算攝影分區基準面高程。依據航拍攝像機焦距、像元尺寸以及地面分辨率要求，計算航高。

（2）敷設航線。通常情況下，航線采用井字型。在分析實地高程情況的前提下，結合傾斜攝影精度要求，對航線間隔和航高予以明確。首末航線在攝區邊界線外敷設，并與攝區邊界線保持平行。在航線規劃中，應對總航程、總飛行時間、電池容量、攝影總面積等方面進行綜合考慮，同時，評估天氣情況，包括風向、風力等。航線旁向應與攝影區邊界重疊，并保證旁向重疊在50%像幅以上，至少超出基線2 條。

2.3 航攝數據處理

航攝影像具有無序性，應通過空三解算，使其與空間對應，并建立與真實狀態相符的實景模型。空三解算的目的，在于通過攝像對連接點和部分地面控制點進行匹配提取，進而在控制點地面坐標系中納入所有區域，對影像外方位元素地面坐標、加密點地面坐標予以獲取。在解算處理前，需要采集外業數據，測量像控點、像控檢查點。針對航攝數據的處理，本文主要采用Smart3D 軟件。通過這一軟件，可實現全自動空三解算，將POS 數據和影像數據導入其中，待空三加密操作后提取和匹配特征，并平差優化，以優化相機內方位，進而基于像控點信息的利用再次加密，同時為使解算精度得到提高，對相機參數、定位數據以及影像質量等方面進行處理，保證解算結果滿足空三精度1:500 的要求，最后可視化呈現解算成果[2]。

2.4 實景模型構建

影像數據量較大，如果所用計算機性能不足，會對模型建立造成影響，所以先基于Smart3D 軟件來分塊處理整理數據，進而通過密集點云生成、三角網模型建立、紋理映射后，實現模型重構。以空三解算結果為依據，匹配多視影像，并對影像特征點進行檢索，待明確矢量數據后進行映射處理、濾波處理、融合處理等，以生成密集點云。結合匹配的線元素，對三角網曲面予以構建，基于曲面曲度變化的利用，使模型數據得到簡化，并將數據封裝，建立3D 白膜模型，進而在紋理映射的基礎上，在白膜模型貼圖，完成實景模型構建，三維實景模型如圖1 所示。

2.5 矢量數據采集

實景模型數據格式為OSGB，利用EPS 測圖軟件對數據進行加載，采用2D、3D 聯動裸眼模式來采集數據。基于EPS 軟件可實現2D、3D 聯合工作的開展，并對輪廓線予以直接提取，得到精確度較高的測區建筑數據，能有效提高數據采集效率，保障數據采集精準性，測區三維模型測圖界面如圖2 所示。在采集數據過程應注重以下事項：①采集時應切換視圖模式為正射或切片模式。②在對房屋數據進行采集時，應在3D 模式下對房屋結構予以查看，并單獨采集陽臺部分，針對房屋邊線清晰可見的情況，可直接采用畫線工具，但對于房屋邊線或房角難以看清的情況，應按邊采集，標記無法確定的房角位置，為外業核查工作提供依據。③在點狀地物采集過程，應基于正射模式對地物幾何中心點進行采集，并切換切片模式對模型高度予以調整，進而得到最佳方位，在采集時應注重各要素之間的拓補關系，特別是居民地要素。④在測圖過程，針對不依比例尺的線狀地物，以中心線量測寬度為主，而對于依比例尺的地物邊線，以一般量測符號寬度為主，測圖單位為圖幅。⑤針對凹房角或存在房角難以辨識的情況，應查看房屋拐角位置，判斷拐角模型是否處于完整狀態，進而使用自動垂直角點輔助線來檢驗誤差，通過誤差糾正，將端點之間誤差控制在3cm 以下。為提高采集數據精度，在采集過程應控制數據質量，檢核信息采集各細節，以保證地籍和房產的測量精度滿足標準要求[3]。

圖2 測區三維模型測圖界面

3 無人機傾斜攝影測量技術應用實例

本文以江蘇省常州市廟橋村為例進行講解。廟橋村位于南夏墅街道東側，臨靠嘉鎮和前黃鎮，占地面積在2km2左右，屬于平原地區，平均海拔大約為5m，其中設有自然村17 個，擁有村民戶數1092 個。

3.1 外業踏勘

收集、分析測區資料，對設備飛行器信息、人員登記信息進行采集，基于地圖數據進行外業踏勘，在地圖上標記測區樓層較高的房屋，進而合理規劃外業線路，明確飛行高度。以保障飛行安全為前提，對基站位置、飛行路線進行規劃。在外業踏勘環節，應與當地公安部門溝通對項目予以備案，并與重點單位交流。

3.2 數據采集

在本測區中，航高為135m，地面分辨率為0.02m，像片旁向重疊大約為70%，航線彎曲度在3%以下，像片傾斜角和旋偏角分別不超過2°、7°。影像顏色飽和，色彩均勻，層次豐富，影像不存在云影質量問題。

3.3 內業數據處理

結合作業范圍，對像控點位進行選取，間距平均在200m 左右，基于RTK 開展外業施測作業。通過CORS系統來差分處理，飛行器中POS 記錄結果已經過解算，所以無須二次解算操作。針對解算結果，利用Terra Solid軟件來檢查質量。首先，檢查數據能否覆蓋全測區；其次，檢查航帶之間重疊是否超過70%，是否存在遺漏問題；最后，檢查航帶拼接能否支撐后續數據處理工作的開展，控制誤差小于0.05m，針對誤差超出標準范圍的情況，回到數據預處理環節，對數據予以重新解算[4]。

3.4 模型構建

待解算結果完成質量檢查后，在Smart3D 軟件中導入數據，通過空三解算，對模型予以構建，在這一過程中，需要保證模型具有分明棱角和清晰紋理，以3D形式完整呈現測區場景。

3.5 模型測圖

在EPS 軟件中導入測區3D 模型，對地物真實位置予以判斷，分析地物結構特征，并基于人機交互切片工具的應用，對房屋房角進行準確捕捉，完成房屋結構輪廓的獲取，利用2D、3D 聯動裸眼模式采集房屋數據，保證房屋和房檐邊線清晰可見，針對未顯現的房屋拐角，以倒角方式對拐角位置坐標予以計算，也可開展外業作業進行補測，進而繪制地籍圖，以dwg 格式導出，檢查導出地籍圖質量。待質量檢查完成且經過外業校核后，分層處理地籍圖，得到房產圖數據，同時，結合照片識別房屋附屬結構，包括陽臺、露臺、飄樓以及走廊等，并判斷其狀態是開或是閉[5]。

3.6 精度分析

為驗證無人機傾斜攝影測量技術的應用效果，在外業應用RTK 全站儀，對內業模型測圖結果精確性進行檢驗。本測區航攝檢查平面點位和高程點位分別30 個，其中，點平面位置中誤差、最大誤差分別為0.0359m 和0.088m，高程中誤差、最大誤差分別為0.0282m 和0.068m，經檢驗，點位精度滿足標準精度要求，點位建模精度如圖3 所示。同時，對模型測圖邊長精確性進行檢驗，隨機選擇房屋30 處，基于測距儀對邊長予以實地量測，進而結合模型數據來評定邊長精度，邊長監測較差如圖4 所示，兩者偏差值處于±6cm 范圍，對30 條房屋界址邊長開展高精度量測，殘差最大值和最小值分別為0.054m 和0.007m，與二級精度指標要求相符。

圖3 點位建模精度

圖4 邊長監測較差

總體來講，在房地一體測繪中應用無人機傾斜攝影測量技術，成果成圖精度滿足標準要求，相較于傳統測量方式，具有測量效率、精準度較高的優勢。邊長精度中誤差為2～3cm，平面精度大約75%小于4cm，誤差超過4cm 的原因：①房屋四周存在遮擋物致使模型構建質量較低。②作業人員測圖經驗較少導致采集質量較差。所以，為保證成圖精確度，應確保模型質量和作業人員專業能力。

4 結語

本文重點探究無人機傾斜攝影測量技術在房地一體測繪中的應用，其中包括儀器設備選用、航線規劃、航攝數據處理、實景模型構建以及矢量數據采集5 個部分內容，進而以江蘇省常州市廟橋村為例對這一技術的應用進行重點分析，以期指導相關行業人員在房地一體測繪中合理應用此技術。