無人機傾斜攝影在不動產測量中的應用分析

摘" 要：相比于傳統人工測量，傾斜攝影測量作業質量高、效率高、成本低，能滿足農房一體測量工作的需要。該文對無人機傾斜攝影技術進行研究，分析無人機傾斜攝影的測量原理和技術優勢，并對新舊技術的應用情況進行對比，論證該技術的可行性。并從多方面闡述無人機傾斜攝影測量技術在不動產測量項目中的實踐應用方法，包括像控點布設、航攝技術參數設置、航攝飛行和內業數據處理。旨在完善不動產無人機傾斜攝影測量技術體系，滿足農房一體測量工作的需要。

關鍵詞：無人機傾斜攝影;不動產測量;實踐應用;像控點布設;航攝

中圖分類號：TU198" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）09-0193-04

Abstract： Compared with the traditional manual measurement， tilt photogrammetry has the advantages of high quality， high efficiency and low cost， which can meet the needs of integrated farm surveying. This paper studies the UAV tilt photography technology， analyzes the measuring principle and technical advantages of UAV tilt photography， compares the application of new and old technology， and demonstrates the feasibility of this technology. It also expounds the practical application of UAV tilt photogrammetry technology in real estate surveying projects from many aspects， including image control point layout， aerial photography technical parameter setting， aerial photography flight， indoor data processing. The purpose of this paper is to improve the technical system of UAV tilt photogrammetry of real estate and to meet the needs of integrated surveying of agricultural houses.

Keywords： UAV tilt photography; real estate measurement; practical application; image control point layout; aerial photography

近年來，無人機傾斜攝影、人工智能及圖像識別等技術廣泛應用在傳統的測繪生產工作中。在農房一體不動產權籍調查登記工作中，傾斜攝影測量起到了關鍵的作用。同時，在現代不動產測量項目，無人機傾斜攝影測量技術對提高測量精度、縮短測量周期、保障測量成果質量有重要價值。為進一步解決不動產測量難題，提高測量精度，應加強對無人機傾斜攝影測量技術的實踐研究，滿足日益增長的不動產測量需求，為不動產量測提供高精度、高效率的測量方式。

1" 無人機傾斜攝影測量技術概述

1.1" 測量原理

無人機傾斜攝影測量技術是以無人機作為攝影平臺，無人機分散安裝若干數量傳感器與高分辨率數碼相機，控制無人機按照預定航線飛往測區上方，調整傳感器與相機角度，多角度、多層次拍攝下方目標地物影像數據，再把外業數據上傳至專業處理軟件當中，通過內業處理提高原始數據質量，輸出數字線劃圖等測量成果，可視化呈現不動產項目情況。無人機傾斜攝影測量技術與無人機航空攝影測量技術較為相似，僅對拍攝角度進行調整，無人機同時從單個垂直角度與4個傾斜角度采集影像數據，打破了以往正射影像僅從垂直角度拍攝的技術局限性。

1.2" 技術優勢

在不動產測量項目，根據技術應用情況來看，無人機傾斜攝影測量技術有著大規模測量、真實反映地物情況、測量周期短的顯著優勢，這也是技術應用價值的主要體現。第一，大規模測量。此項技術有著大規模成圖、批量提取影像數據與模型粘貼紋理的特點，單次測量范圍遠超人工測量等傳統技術，適用于位于城區范圍內的大型不動產測量項目，通過增加測量目標數量來平攤測量成本，無需重復多次開展測量作業。第二，真實反映地物情況。該技術同時從諸多角度觀察目標地物，并在三維實景模型內嵌入精確地理信息，可以向用戶提供更加豐富的地理信息并改善使用體驗。第三，測量周期短。無人機傾斜攝影測量技術有著自動化程度高、流程簡單、速度快的特點，平均測量周期明顯短于傳統測量技術。例如，無人機傾斜攝影系統可以在3～5個月內完成中小型城市的不動產測量與三維實景建模任務，在相同任務背景下，傳統人工建模周期時間在1～2年不等。

1.3" 技術應用對比

在不動產測量項目，常用技術手段包括傳統調查、航空攝影測量與無人機傾斜攝影測量3種方法，早期測量技術存在明顯局限性，逐漸無法滿足不動產測量需求，而無人機傾斜攝影測量技術的綜合應用表現最為理想，在全面性、測量效率、測量精度、自動化程度和測量成果應用價值等方面遠超早期測量技術，有著成圖周期短、成圖精度高、作業效率高、生產成本低和總體耗時短的顯著優勢。以測量成果應用價值為例，得益于攝影數據采集角度的增加，所建立三維實景模型更加貼合實際，直觀性、立體化呈現目標地物狀態，測量成果不但可用于不動產竣工驗收、確權登記等場景，還可用于城市發展規劃、不動產管理等全新領域，測量成果具備反復利用價值。

2" 無人機傾斜攝影技術在不動產測量項目中的實踐應用

2.1" 像控點布設

在像控點布設環節，測量人員根據任務要求在現場設置若干數量的野外影像控制點與圖像控制點，點位數量和測量精度成正比，測量精度要求越高，則像控點數量越多。隨后，測量人員前往測區現場實地考察，綜合分析測量面積、房屋建筑高低起伏情況、地形地貌和周邊障礙物分布等諸多因素，遵循CH/T 3004—2021《低空數字航空攝影測量外業規范》等現行規范，在測區內均勻布置各處像控點，按照路線統一布置控制點，要求各點不受地圖單元約束和不應呈現近似直線分布狀態，優先在測區內醒目位置、不易損壞或是具備代表性的位置布置像控點，在相鄰圖像與路線間隔部位設置圖像控制點，盡量消除外部因素對測量精度造成的影響[1-2]。正常情況下，將相鄰像控點間隔距離控制在120 m左右，按照九宮格方式布置各處像控點，要求攝像范圍內包含全部控制點，并在各處點位撒布白灰或是涂刷亮紅色油漆作為標志物，像控點形狀全部設置為成對三角形。最后，像控點測量作業，可選用GPS-RTK技術，把單個像控點施測時間控制在30 s左右，根據測量成果平滑均值解算平面坐標值與高程坐標值，獲取各處影像控制點的大地坐標與圖像詳細刺點位置，將其作為集成使用大地測量成果與無人機傾斜攝影數據的依據。

2.2" 航攝技術參數設置

在外業測量準備階段，為適用現場復雜環境，避免因航線規劃不當、航測參數設置有誤而影響到測量成果質量，測量人員需要結合所掌握信息來確定各項航攝技術參數的最佳值，航攝參數包括分辨率、覆蓋范圍、重疊度、姿態角和飛行高度，設置要點如下。第一，分辨率。在計算公式內導入相機投射點、鏡頭主光軸方向、鏡頭焦距和無人機航高值計算垂直水平分辨率，根據垂直距離與目標建筑物高度來推導垂直地面分辨率。隨后，在公式內導入鏡頭主光軸方向、無人機航高、垂直水平距離推導水平地面分辨率。第二，覆蓋范圍。考慮到現場測量期間所采集圖像和地面存在夾角，致使地面投影邊長無法保持對等狀態。因此，需要在測區現場采取分區覆蓋測量方式，以梯形作為覆蓋范圍形狀，計算公式內導入傾角、航向重疊度、視場角、基線數與航線數，求解無人機飛行方向與垂直飛行方向的邊界外擴范圍線理論值。第三，重疊度。在外業測量期間，由于各臺相機曝光時的傾斜角度發生變化，相機投影范圍具備隨機性，各組圖像位置呈現不同角度，這無疑會增加重疊度計算難度。因此，測量人員提前將無人機航行期間的相機位置、朝向進行固定處理，計算航向重疊度與旁向重疊度。計算航向重疊度時，公式內導入覆蓋梯形范圍長短邊長度、梯形范圍高度、重疊部分底邊值推導前端相機覆蓋航向重疊度;率先計算重疊梯形范圍的長邊、短邊值，按照無人機飛行速度與曝光間距，對計算公式進行細微調節，推導后端兩側相機覆蓋航向重疊度。計算旁向重疊度時，假設無人機按照理想飛行軌跡航行，把前端相機投影覆蓋區沿圖形底邊平移，計算重疊部分與前端相機航向間距值，在其基礎上推算前后端相機旁向重疊度[3]。正常情況下，把航向重疊度控制在75%左右，旁向重疊度控制在70%左右。第四，姿態角。考慮到無人機重量較輕，受到風力影響，航行期間難以保持穩定姿態，處于晃動狀態，需要計算側滾角、俯仰角、旋偏角對重疊度造成的影響。以側滾角為例，確定圖像中心在投影面的移動距離，相鄰航向的圖像定義為2個梯形，無人機處于2個曝光點瞬間時圖像形成背向側滾角，計算圖像陰影部分面積來判斷側滾角對航向重疊度造成的影響。第五，飛行高度。以無人機起飛點作為起算點，在公式內導入相機焦距、像元大小推導飛行高度，并要求同條航線內的航高差值不超過50 m。

2.3" 航攝飛行

在航攝飛行期間，測量人員重點掌握飛行準備、影像采集、地面控制、無人機降落、航攝設備與數據檢查5道步驟的技術要點。第一，飛行準備。在測區內挑選場地平整、開闊、地面無明顯起伏的位置作為起飛點，無人機放置就位，搭載傳感器、數碼相機等機載設備，調試檢查儀器設備，在無人機上設置操作任務與各項航攝技術參數。第二，影像采集。完成前期準備工作后，操縱無人機按預定航線飛行，無人機到達測區上方后，調整數碼相機角度，以垂直角度和傾斜角度采集下方目標地物的影像數據，把影像數據保存在本地平臺，或是實時發送給專業處理軟件，直至完成全部航空攝影任務。第三，地面控制。無人機航攝期間，測量人員實時監控航行情況，如果無人機的航高、重疊度偏差程度超標，遠程下達糾偏指令，調整無人機位置與飛行姿態[4]。第四，無人機降落。完成全部航攝任務后，向無人機控制系統下達返航指令，按照預定回收航線來安全降落無人機。第五，航攝設備與數據檢查。無人機降落就位后，對數碼相機等航攝設備外觀質量及工作狀態進行檢查，記錄無人機著陸檢查報告，對故障設備進行維修處理。隨后，檢查所拍攝影像數據質量與完整性是否達標，如果存在圖像模糊不清、大面積反射與陰影區域、圖像錯位等問題，需要重新開展外業測量作業。

2.4" 內業數據處理

在內業數據處理環節，測量人員重點掌握原始數據預處理、影像匹配、空三加密、像控點轉刺平差和三維建模5道步驟的技術要點，具體如下。第一，原始數據預處理。考慮到外業測量數據質量較低，如果直接把原始數據投入使用，會對測量成果質量造成明顯影響。要求測量人員率先檢查原始數據的完整程度是否達標，依次對原始數據進行勻色、重命名、刪除無效影像和POS數據解算處理。使用Photoshop等專業軟件，建立批處理命令，在軟件內導入原始影像數據，調節影像亮度改善視覺效果，把各組鏡頭的影像數據重命名處理，解決影像運算任務重名問題。隨后，在冗余處理軟件內倒入POS數據，刪除重復或是質量不達標的無效影像數據，再把剩余有效影像POS數據進行解算處理，根據影像命名規則來匹配影像與POS數據，提取位置坐標，解算后的側視鏡頭不具備姿態參數。第二，影像匹配。由于外業測量期間所獲取數據容易出現誤差，進而影響空三精度，需要在軟件內建立三維真實傾斜模型，使用軟件自帶工具批量化匹配影像數據，保持圖像和現場照片控制點相互關聯狀態，標注照片控制點的準確位置，測量精度要求嚴格時還需要著手優化匹配算法[5]。第三，空三加密。測量人員在軟件內劃分加密區，創建測區影像列表，相機文件經過檢校后改正影像畸變差，再向軟件導入控制點文件，自動內定向和確定航線間偏移，自動選取連接點，去除粗差和量測各處控制點，最終經過平差解算后獲取空三加密成果。第四，像控點轉刺平差。選用CC4.4.12軟件，選定坐標系與導入像控點，無需對影像邊緣位置點位開展轉刺操作，保持原有加密點，分別起到保障平差成果精度、提高平差效率的作用。平差處理完畢后，查看報告內像控點重投影中誤差與像控點中誤差，判斷平差精度是否達標。第五，三維建模。平差成果質量通過檢驗后，即可著手構建實景三維模型，采取水平劃分方式，軟件全自動化一體生產模型，測量人員僅需手動開展點云加密等少數操作步驟，最終輸出OBJ、3DMAX、FBX等格式的實景三維模型。

2.5" 克服關鍵技術難題

在不動產測量項目，根據無人機傾斜攝影測量技術應用情況，當前主要面臨分辨率不一致、影像數據總量龐大、空三測量解算成功率低的技術難題，導致測量成果質量、測量周期時間充滿不確定性。對此，測量人員需要及早克服各項技術難題，圍繞問題成因制定專項解決方案。第一，對于分辨率不一致問題，形成原因包括像片傾角與函數變化率超標，且側視鏡頭攝影光線實際上并未與地面保持垂直狀態。要求測量人員根據項目情況來控制像片傾角，把側視鏡頭和地面夾角控制在45°，始終保持地面分辨率與像元大小、相對航高、相機焦距和像片傾角等其他航攝參數的關系式，以下視鏡頭作為航線規劃依據。同時，航攝角度為單個垂直角度與4個傾斜角度時，把側視鏡頭焦距調整為下視鏡頭焦距，即可獲取分辨率等同的影像數據。第二，對于影像數據總量龐大問題，在內業處理期間增設冗余影像刪除環節，檢查項目任務區外圍影像數據質量，根據航飛方向、相機安裝位置判斷邊緣影像重疊度是否達標，如果重疊度不達標，則刪除任務區外圍影像，避免后續在空中三角測量解算期間出現解算失敗問題。第三，對于空三測量解算成功率低問題，主流無人機傾斜攝影測量技術采取5鏡頭相機共用POS數據模式，按照下視鏡頭像片曝光位置確定各鏡頭拍照位置，但由于側視鏡頭、下視鏡頭的曝光位置與姿態存在明顯差異，導致空三測量解算期間無法使用姿態數據。測量人員需要使用POS數據解算軟件，以相機平臺檢校參數為參照，根據下視鏡頭解算剩余側實鏡頭姿態參數及位置參數，各鏡頭的單個曝光點具備唯一參數，從而實現POS數據優化處理目標，為空三測量解算成功率提供保障。

3" 無人機傾斜攝影在農房不動產測量中的實踐案例

以某地區為例，為分析該測量技術應用的科學性與有效性，筆者在具體測量工作開展時，將某個行政村作為測量研究對象，該行政村長約800 m、寬約440 m，行政面積約為0.35 km2。在無人機傾斜攝影測量工作開展時，將專業的傾斜攝影相機，搭載在對應無人機上，確保無人機攝影測量工作開展的可靠性。

3.1" 像控點布設

為保證農村不動產測量工作的可靠性，應用無人機傾斜攝影測量時，需布設像控點，為保證后續三維模型的建構精度與真實性。基于研究對象行政村的具體不動產測量要求，在行政村轄區內，基于無人機飛行航線設計像控點，為保證攝影測量的數據準確性，在行政村設計測量路線上，每隔400 m布設相關的像控點，總計設計19個像控點。在飛前像控點布設時，技術人員需采取GPS RTK級控制點測量技術規范，以保證像控點布設工作的可行性。

3.2" 三維測圖

在農村不動產測量工作開展時，需工作人員對每一棟房基地進行測量，以保證測量工作開展的質量與安全。為真實客觀反映該行政村的不動產實際情況，在采用無人機傾斜攝影測量技術方案時，工作人員利用EPS 3DSurvey三維測圖軟件對其數據信息處理。在對地理測量信息數據進行處理時，可以采用二三維信息交互系統進行高效交互處理，以確保可以對測量數據進行快速分析整理。通過該EPS 3DSurvey系統與以往立體圖像對測圖對比分析客戶，應用EPS 3DSurvey系統處理后，測量數據轉化三維測圖工作效率得到有效提高。

3.3" 精度分析

基于精度分析，可以主動規避部分由于測量工作不穩定，產生的數據誤差，提高農村不動產測量工作開展的整體水平。本項目中，免像控情況下得到的不動產數據的平面中誤差為0.086 m;1個像控點情況下得到的不動產數據的平面中誤差為0.048 m;4個像控點情況下得到的不動產數據的平面中誤差為0.041 m;全部像控點情況下得到的不動產數據的平面中誤差為0.044 m。GB/T 42547—2023《地籍調查規程》 中對界址點精度要求誤差不大于5 cm，說明了無人機傾斜攝影測量技術具有實際應用的可行性與可靠性。

4" 結束語

綜上所述，為全面推進不動產測量發展，順利完成不動產測量任務。測量期間應加強對無人機傾斜攝影測量技術的應用，全面掌握該技術應用要點，根據項目情況制定切實可行的無人機傾斜攝影測量技術方案，為測量成果質量提供技術保障。

參考文獻：

[1] 田忠星，孫田，張龍，等.無人機傾斜攝影在不動產測量中的應用[J].測繪與空間地理信息，2022，45（10）：201-203，206.

[2] 馬娟娟.無人機傾斜攝影測量技術在不動產項目中的應用研究[J].科技創新與生產力，2022（5）：65-68.

[3] 王興東.無人機傾斜攝影測量在不動產測量中的精度分析及驗證[J].地質裝備，2021，22（2）：29-30，36.

[4] 于凱強.基于無人機傾斜攝影技術的農村不動產測量研究[D].西安：長安大學，2023.

[5] 陳琦.無人機傾斜攝影測量應用于建筑規劃竣工地形圖[J].城市建筑，2020，17（35）：121-124.

第一作者簡介：蔡大成（1979-），男，高級工程師。研究方向為不動產測繪、工程測量、實景三維和智慧園區等地理信息工程。