一種基于無人機傾斜攝影的隱蔽界址點測量方法

黃磊 彭能舜 劉舸

摘? 要? 立足農村宅基地“房地一體”確權登記工作的現實需求，針對無人機傾斜攝影無法直接測量隱蔽界址點三維坐標的問題，提出一種融合多源數據的無人機傾斜攝影測量隱蔽界址點方法，并對測量成果精度進行檢驗，結果表明，該方法測制的不動產測繪成果精度符合“農村房地一體”確權登記要求。

關鍵詞? 無人機傾斜攝影;房地一體;隱蔽界址點

中圖分類號：F301.21 文獻標識碼：A

文章編號：1672-5603（2020）03-85-4

Abstract： Based on the actual needs of the “integrated housing and land” confirmation and registration of rural homesteads， in view of the problem that drone tilt photography cannot directly measure the 3D coordinates of hidden boundary points， a new type of drone tilt photogrammetry concealment that integrates multi-source data is proposed. Boundary site method and test the accuracy of the measurement results. The results show that the accuracy of the real estate surveying and mapping results measured by this method meets the requirements of “premises integrated measurement”.

Keywords： UAV inclined photogrammetry;? integration of housing and land; hidden boundary point

農村房地一體化是指對農村的宅基地和集體建設用地使用權及地上房屋所有權實行統一權籍調查、統一確權登記、統一頒發證書[1]。2019年中央1號文件明確提出“加快推進宅基地使用權確權登記頒證工作，力爭2020年基本完成”。農村宅基地“房地一體”確權登記需要測量房屋房角點、繪制全貌宗地圖。

隨著傾斜攝影測量技術的發展，無人機航測技術在房地一體項目中應用廣泛。傾斜攝影三維建模通過二維影像快速生成高精度三維模型，并基于實景三維模型進行地理要素采集，完成房檐改正，房屋層數等屬性錄入，輸出可用于確權的二維矢量數字線劃地圖。無人機傾斜攝影能快速有效地的獲取測區內多視角影像[2]，通過三維重建等技術手段，快速開展大比例尺測圖工作，該技術在非隱蔽界址點測量中的精度表現良好[2-4]。

農村宅基地“房地一體”確權登記中不動產測繪任務重、時間短，傳統測量技術成本高、投入大，且工期難以保障。使用無人機傾斜攝影測量能有效地提高工作效率。然而，無人機傾斜攝影在對房屋周圍栽種有高大樹木中的隱蔽界址點測量中受到很大的制約。如圖1所示，由于該房屋A和B兩個界址點被樹木遮擋（即隱蔽界址點），傳統傾斜攝影三維測圖無法測定這兩個界址點三維坐標。基于此，本文以無人機傾斜攝影數據為基礎，融合中小比例尺線劃圖、權籍調查結果中實測房屋邊長數據等，提出一種融合多源數據的無人機傾斜攝影測量隱蔽界址點方法，并對測量成果精度進行檢驗，檢驗該方法的可靠性。

1? 技術路線

通過無人機傾斜攝影測量，利用三維測圖軟件獲取的第i幢隱蔽房屋的明顯界址點（房角點）高精度坐標集S1i，i=1，...，N;從中小比例尺數字線劃圖中提取的每j幢隱蔽房屋界址點低精度坐標集S2j，j=1，...，M;通過空間疊加與匹配，獲取同名界址點坐標對中S1i中的坐標{xi，yi};以同名界址點坐標對{xi，yi}為頂點，構建不規則三角網，優化不規則三角網，確保每一幢房屋落在在某個三角網內部;構建每個三角網4參數坐標轉換模型;對隱蔽界址點的坐標進行改正S3;利用權籍調查實測邊長，改正每一幢房屋邊長，如圖2所示。

2? 無人機傾斜攝影獲取明顯界址點

為了獲取高精度明顯界址點坐標，無人機傾斜攝影方式獲取地面分辨率為0.015m傾斜影像，每100m布設一個像控點，如圖3所示的飛行航線，如圖4所示像控點布設。采用Smart3D構建三維實景模型，如圖5所示的三角網模型，如6所示的三維實景模型。在3Dmapper中加載實景三維數據，采集明顯界址點坐標，其中第宗宗地明顯界址點坐標集合。

3? 同名界址點匹配

以“房地一體”確權登記中1：2000數字線劃圖房屋角點作為界址點低精度坐標集S2。將采集的明顯界址點成果疊加在1：2000數字線劃圖上，先用要素對象匹配，獲取每一要素的明顯界址點坐標自集，通過緩沖分析、空間疊加等方法實現;然后再通過最近鄰分析方法匹配同名界址點，獲取同名界址點坐標對。其中最近鄰分析方法匹配過程如下：

第一步，計算中第m個點和中n個點的歐式距離;第二步，按照中第m個點到所有個點距離的遞增關系排序;第三步，存在中的第宗地的界址點與第宗宗地坐標集合中第m個點的距離最小。重復上述步驟，得到找出中每個點在第宗地中的中最鄰近點。得到界址點對，其中。

4? 構建局部四參數模型

根據“房地一體”確權登記工作中的宗地全貌圖，構建局部同名界址點集，確保每個局部同名界址點集合不少于5對坐標[5]。利用局部同名界址點對構造4參數坐標轉換模型，其公式如下：

其中，是中的坐標，是中的坐標，是平移參數，是縮放因子，是旋轉參數，是旋轉參數的余弦值，是旋轉參數的正弦值。利用最小二乘法構建第宗宗地的4參數坐標轉換模型。將與之相對應第宗地坐標集合中的坐標轉換為改正后的宗地坐標集合。

5? 邊長改正

根據“房地一體”確權登記工作中權籍調查要求對每一幢房屋進行邊長實測，要求各條界址點至少丈量一條其界址點與鄰近地物的相關距離或條件距離，同時要求一定誤差范圍內在不動產房角點之間的邊長相對精度能達到標準要求，其邊長精度優于0.03m。將權籍調查中邊長改正后的工作底圖與改正后的宗地坐標集合S3套合，對S3進行邊長改正，生成改成后的數據成果S4。

6? 試驗及精度分析

6.1 試驗驗證

本文以長沙市望城區徐家橋社區為實驗測區。該測區占地5.5km2，測區地勢平坦，由于望城區的農村個人建房文件的規定，測區內無高層建筑。利用無人機傾斜攝影測量技術獲取測區的三維模型，通過三維模型得到房屋界址點的坐標;通過中小比例尺數字線劃圖得到不精確的坐標，本文采用的是1：2000數字線劃圖;最后這兩套坐標建立起局部4參數轉換坐標系，經過外業丈量邊長改正得到最終結果。

6.2 精度分析

本文用GPS-RTK和全站儀的測量結果作為真值來進行檢測，三維建模點位的幾何精度見表1。可以看出經過改正的隱蔽界址點的精度得到提升，同時滿足解析法的精度要求。

利用本文算法進行隱蔽界址點的坐標改正，其平面最大誤差從0.350m降低至0.097m，中誤差從0.176m降低至0.034m，完全滿足《房產測量規范》中二類界址點等級的精度要求。

7? 結論

本文基于傾斜攝影測量技術，利用3DMapper軟件，經過傾斜影像生成三維模型，利用三維模型提取明顯界址點。結合圖解法采集到的相對精度高的界址點，通過4參數轉換的改正圖解法的界址點，將圖解法的界址點獲得絕對位置。結合房地一體項目的特點，該方法適合于提高了無人機傾斜攝影測量技術提取隱蔽界址點的精度。同時保證了采用無人機傾斜攝影測量技術構成三維模型成本低，周期短且精度高的特點。

參考文獻/References

[1]向乾勇.對農村宅基地“三權分置”改革試點的思考-以婁底市為例[J].國土資源導刊，2019，16（01）：1-5.

[2]吳錦發. 無人機數碼航空攝影在兩違監控中的應用[J]. 測繪與空間地理信息， 2015， 38（4）： 198-200.

[3]宋亮.基于無人機傾斜攝影測量的房地一體測量分析[J].江西建材，2020（05）：82-84.

[4]吳現興.無人機攝影測量及數據處理技術在地質災害應急調查中的應用-以婁底市婁星區杉山鎮同安村滑坡為例[J].國土資源導刊，2019，16（04）：65-68.

[5]李瀟，尹暉.基于最小二乘配置的三維空間坐標轉換[J].測繪工程，2008（02）：16-18+29.