基于無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的地籍測(cè)量研究

萬(wàn)銀錢

摘? ?要：本文以陜西某縣農(nóng)村地籍測(cè)量為工程背景，探討了應(yīng)用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行地籍測(cè)量的方法和技術(shù)流程，結(jié)果表明，無(wú)像控?zé)o人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)不僅節(jié)省了硬件設(shè)備，而且避免了像控測(cè)量帶來(lái)的各種工作和不便，應(yīng)用于農(nóng)村地籍測(cè)量后，在保證精度的前提下進(jìn)一步減少了內(nèi)外業(yè)的工作量，適合大眾化無(wú)人機(jī)在農(nóng)村房地測(cè)量中的廣泛應(yīng)用，對(duì)當(dāng)前廣泛開展的農(nóng)村房地測(cè)量具有重要的推動(dòng)作用。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)? 傾斜攝影? 地籍測(cè)量? 無(wú)像控點(diǎn)

中圖分類號(hào)：P231? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）07（a）-0029-02

在現(xiàn)行的傾斜攝影測(cè)量方法中，外業(yè)布設(shè)像控點(diǎn)是無(wú)人機(jī)傾斜攝影數(shù)據(jù)制作的重要環(huán)節(jié)。外業(yè)測(cè)量、布設(shè)標(biāo)志都會(huì)增加大量的外業(yè)工作，而且若像控點(diǎn)布設(shè)不合理或者不規(guī)范，不僅需要補(bǔ)測(cè)像控點(diǎn)，也會(huì)對(duì)模型的精度產(chǎn)生影響。另外，外業(yè)的布設(shè)像控點(diǎn)與內(nèi)業(yè)的刺點(diǎn)對(duì)作業(yè)人員的要求也很高。針對(duì)布設(shè)像控點(diǎn)出現(xiàn)的問題，有人提出了免像控的傾斜攝影測(cè)量技術(shù)。它的關(guān)鍵技術(shù)在于無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)通過其內(nèi)置 100 Hz 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分 RTK 技術(shù)和高精度慣性導(dǎo)航 IMU 系統(tǒng)，依托 GNSS RTK 技術(shù)，使得無(wú)人機(jī)飛行器成為空中的 GNSS 流動(dòng)站，能夠獲取高密度、高精度的航空制圖像控點(diǎn)，這種精密定位技術(shù)使得像片位置信息實(shí)現(xiàn)和地面控制點(diǎn)同樣的功能。

免像控并不是采用一種技術(shù)，而是多種技術(shù)的高度集成。然而免像控技術(shù)所要求的硬件軟件設(shè)備是普通無(wú)人機(jī)所達(dá)不到的。一般的無(wú)人機(jī)由于體積小、載重輕、成本低，通常配備精度不太高的導(dǎo)航型 GPS，也沒有搭載曝光同步裝置，這都會(huì)導(dǎo)致影像數(shù)據(jù)發(fā)生一定的偏移。基于此，本文提出了一種無(wú)像控的無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)。

1? 無(wú)像控?zé)o人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)流程

考慮到傾斜攝影測(cè)量建立的三維模型的相對(duì)精度（ 即內(nèi)符合精度） 主要取決于相機(jī)拍攝影像時(shí) POS 的精度和影像的重疊度，本文提出了基于無(wú)像控傾斜攝影測(cè)量的三維模型開展農(nóng)村地籍測(cè)量的思想。該技術(shù)的基本思路：在沒有像控點(diǎn)的前提下直接對(duì)無(wú)人機(jī)傾斜攝影進(jìn)行三維建模，然后在這個(gè)三維模型下進(jìn)行矢量化測(cè)圖，最后利用測(cè)區(qū)內(nèi)外業(yè)均勻測(cè)量的10個(gè)左右的地物特征點(diǎn)坐標(biāo)將矢量化的地圖進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，最終完成地形圖的測(cè)繪。本文將上述技術(shù)在農(nóng)村地籍測(cè)量中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)證明，無(wú)像控?zé)o人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在保持精度要求的同時(shí)，很大程度上提高了農(nóng)村地籍測(cè)量的效率。

1.1 影像數(shù)據(jù)獲取及處理

航線規(guī)劃是影像獲取的前提，根據(jù)測(cè)區(qū)的實(shí)際情況進(jìn)行航線規(guī)劃設(shè)計(jì)，設(shè)置合適的飛行高度和影像重疊度等參數(shù)，然后無(wú)人機(jī)再根據(jù)設(shè)定好的航線進(jìn)行飛行得到影像數(shù)據(jù)。將所獲取的影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件 Smart3D 中，設(shè)置好坐標(biāo)系統(tǒng)等參數(shù)。數(shù)據(jù)導(dǎo)入之后，首先要對(duì)照片進(jìn)行檢查，一些有問題的照片將會(huì)直接被篩選出來(lái)。接著進(jìn)行空三處理，空三處理后重建生成三維模型、三維點(diǎn)云和DOM 等。

1.2 EPS三維測(cè)圖

EPS三維測(cè)圖軟件可以直接對(duì)傾斜攝影生成的模型（ Smart3D，Photo Scan ） 進(jìn)行導(dǎo)入并處理，對(duì)圍墻和房屋的邊角進(jìn)行測(cè)量，包括對(duì)地面高程點(diǎn)進(jìn)行提取。首先將三維模型和 DOM 加載到 EPS 中，將生成的三維模型進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，直接在三維模型上進(jìn)行矢量化。在三維模型上采用五點(diǎn)房法或者線劃法對(duì)房屋進(jìn)行繪制，同時(shí)可直接錄入房屋的屬性信息，包括房屋結(jié)構(gòu)、樓層數(shù)、高度等，利用快捷鍵高速操作。采用 DOM 作為參考，某些地物可在正射影投影（平面）直接進(jìn)行快速繪制以及在透視投影（ 立體） 進(jìn)行房檐的改正等。

1.3 地籍圖的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及糾正

無(wú)像控的三維模型相對(duì)精度較高，但是由于無(wú)人機(jī)自帶的 GPS 精度不高，導(dǎo)致模型以及 EPS 繪制出的地籍圖的坐標(biāo)發(fā)生了一定的偏移，并且無(wú)人機(jī)自帶的 POS數(shù)據(jù)就是 WGS84 坐標(biāo)系統(tǒng)，而地籍成果數(shù)據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)為2000 坐標(biāo)系統(tǒng)，因此，需要對(duì)地籍圖的坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換及空間糾正。這就需要在外業(yè)采集一些高精度的均勻分布的界址點(diǎn)，通過這些高精度的界址點(diǎn)對(duì) EPS 測(cè)繪的地籍圖進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及糾正，即可完成地籍圖的測(cè)繪。由于測(cè)區(qū)周邊相片的重疊度比較低，以及相機(jī)自身硬件設(shè)備精度不是很高，導(dǎo)致建出的三維模型會(huì)出現(xiàn)少量的變形。橡皮頁(yè)變換的方法常用于對(duì)矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行小型的幾何校正，它是將一個(gè)圖層與另外一個(gè)與之十分靠近的圖層對(duì)齊，調(diào)整源圖層以適應(yīng)更精確的目標(biāo)圖層，并且橡皮頁(yè)變換可以進(jìn)行局部的校正，通過精度的對(duì)比可將幾何精度較低的局部進(jìn)行再次校正。因此，對(duì)地籍圖的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和幾何校正采用的是橡皮頁(yè)變換方法進(jìn)行校正。本文的目標(biāo)圖層即為外業(yè)采集的一些高精度的界址點(diǎn)，將需校正的點(diǎn)連接到目標(biāo)圖層的糾正點(diǎn)上來(lái)達(dá)到整體矢量數(shù)據(jù)校正的目的。

2? 實(shí)例驗(yàn)證

以廣東省某縣附近的某個(gè)自然村為試驗(yàn)區(qū)，對(duì)其進(jìn)行無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量，然后采用無(wú)像控?zé)o人機(jī)傾斜攝影測(cè)量方法進(jìn)行地籍圖測(cè)繪。

2.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于廣東省珠江流域平原地帶，地勢(shì)平坦，為集團(tuán)式居民地，居住較為集中。試驗(yàn)區(qū)東西跨度為0.2km，南北跨度約為0.3km，面積約為0.06km2。

2.2 航空攝影情況

無(wú)人機(jī)采用大疆精靈4，航飛高度為80m，采用單鏡頭，飛行 5 個(gè)架次，航攝影像分辨率為0.02m，此次飛行方式采用井字形飛行方式。航線設(shè)計(jì)：航向重疊度為80%，旁向重疊度為70%。本次航攝共拍攝相片1260張，像幅大小為5472像素×3648像素，相機(jī)參數(shù)：f = 4.5mm，像素大小為 3.34。具體的航線規(guī)劃方案參數(shù)見表 1。

2.3 三維建模及 EPS 立體測(cè)圖影像處理

采用 Smart 3D 進(jìn)行建模，通過導(dǎo)入照片數(shù)據(jù)、空三加密、三維重建最終生成三維模型，以及正射影像圖。三維模型建成后，將三維模型在 EPS 軟件中進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，生成格式為* .dsm 的模型數(shù)據(jù)。然后直接在三維模型上進(jìn)行地籍圖數(shù)據(jù)的采集，通過五點(diǎn)房或者線劃法采集房屋，在三維模型下采集可避免房檐的改正，提高了工作效率和測(cè)圖的精度。外業(yè)人員根據(jù)內(nèi)業(yè)立體測(cè)圖的成果進(jìn)行外業(yè)的調(diào)繪及檢查，完成地籍圖的 EPS 立體測(cè)圖。

2.4 地籍圖精度

本次試驗(yàn)采用無(wú)像控?zé)o人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，EPS生成的地籍圖為 WGS84 坐標(biāo)系統(tǒng)，利用外業(yè)采集的 15 個(gè)高精度界址點(diǎn)及幾個(gè)房角點(diǎn)，將 EPS 測(cè)圖成果經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及空間校正得到 2000 坐標(biāo)系下的地籍成果，如圖 1所示。

為了驗(yàn)證無(wú)像控?zé)o人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的精度，在試驗(yàn)區(qū)里均勻測(cè)量了 7 個(gè)房角點(diǎn)坐標(biāo)用來(lái)檢查校正的精度，由于 f1 在空間糾正的范圍之外，所以 f1 點(diǎn)不參與精度評(píng)定。在上述試驗(yàn)測(cè)繪的地籍圖中采集了相同位置的界址點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證。檢查點(diǎn) f2—f7 的點(diǎn)位誤差統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。實(shí)驗(yàn)證明，經(jīng)校正后成果圖的整體平面精度為 0.089 m，根據(jù)地籍測(cè)量規(guī)范可以得出上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果滿足地籍界址點(diǎn)二級(jí)精度要求。總的來(lái)說(shuō)，這個(gè)精度是比較低的，主要原因是傾斜攝影用的無(wú)人機(jī)及相機(jī)等硬件設(shè)備質(zhì)量不高，即 pos 精度不夠高所致。

3? 結(jié)語(yǔ)

無(wú)像控?zé)o人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)不僅節(jié)省了硬件設(shè)備，而且避免了像控測(cè)量帶來(lái)的各種工作和不便，應(yīng)用于農(nóng)村地籍測(cè)量后，在保證精度的前提下進(jìn)一步減少了內(nèi)外業(yè)的工作量，適合大眾化無(wú)人機(jī)在農(nóng)村房地測(cè)量中的廣泛應(yīng)用，對(duì)當(dāng)前廣泛開展的農(nóng)村房地測(cè)量具有重要的推動(dòng)作用。不足之處在于無(wú)像控技術(shù)只在小范圍地勢(shì)比較平坦的農(nóng)村地籍測(cè)量中進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，還有待于在大區(qū)域的地籍測(cè)繪和大比例尺地形測(cè)繪中進(jìn)行試驗(yàn)探索和驗(yàn)證。

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