無人機(jī)傾斜攝影測量在農(nóng)房地調(diào)查中的應(yīng)用

雷國飛

（云南高陽科技有限公司，云南 昆明 650118）

0 引言

為推動農(nóng)村土地利用管理體制改革，促帶動城鄉(xiāng)協(xié)調(diào)發(fā)展，加快農(nóng)村宅基地和集體建設(shè)用地房地產(chǎn)登記發(fā)證工作，按照國家有關(guān)文件的具體要求，省、市政府對農(nóng)村宅基地和集體建設(shè)用地進(jìn)行個(gè)案調(diào)查和測算，調(diào)查中會發(fā)現(xiàn)在農(nóng)村住房等宅基地和集體建設(shè)用地中。根據(jù)不動產(chǎn)房屋權(quán)屬狀況調(diào)查相關(guān)技術(shù)規(guī)定和操作規(guī)程，對農(nóng)房地進(jìn)行登記發(fā)證。

1 案例分析

江城哈尼族彝族自治縣農(nóng)村不動產(chǎn)確權(quán)登記發(fā)證工作，全程采用無人機(jī)傾斜攝影測量完成5000 余宗地外業(yè)測繪，內(nèi)業(yè)采用EPS 三維測圖系統(tǒng)V5.0 完成所有數(shù)據(jù)處理，穩(wěn)定推進(jìn)江城縣農(nóng)村農(nóng)村不動產(chǎn)確權(quán)登記發(fā)證工作。屏邊農(nóng)村不動產(chǎn)確權(quán)登記發(fā)證工作，其中異地扶貧搬遷安置3000 余戶，全程采用無人機(jī)傾斜攝影測量完成外業(yè)測繪，內(nèi)業(yè)采用EPS 三維測圖系統(tǒng)V5.0 完成所有數(shù)據(jù)處理，加快推進(jìn)屏邊縣農(nóng)村不動產(chǎn)權(quán)登記工作，保障屏邊縣脫貧攻堅(jiān)成果驗(yàn)收。

2 系統(tǒng)與構(gòu)成

2.1 傾斜攝影測量系統(tǒng)

傾斜視角攝影影像測量監(jiān)控系統(tǒng)主要軟件包括自動數(shù)字影像數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)設(shè)備和自動無人機(jī)影像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件兩個(gè)主要的大部分，其中自動數(shù)字影像數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)設(shè)備由自動無人機(jī)成像系統(tǒng)、航向路線規(guī)劃處理軟件和數(shù)碼相機(jī)三個(gè)大部分軟件組成[1]。

2.2 無人機(jī)系統(tǒng)組成

無人機(jī)飛行是運(yùn)用飛機(jī)無線電通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)低空飛行，通過飛機(jī)控制站直接發(fā)送的飛機(jī)指令和飛行信號系統(tǒng)，自動完成飛機(jī)各種飛行動作的大型無人機(jī)飛行平臺[2]。每種小型無人機(jī)都有其自身的許多安全優(yōu)缺點(diǎn)。比如單翼固定翼小型無人機(jī)操作難度大，起飛時(shí)對工作場所安全要求嚴(yán)格，風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)相對較高。但其飛行續(xù)航時(shí)間和飛行時(shí)間較長，適合大面積野外作業(yè)；多翼螺旋翼小型無人機(jī)使其作業(yè)過程簡單。它可以在不同的垂直面和水平面上同時(shí)起飛和降落，而不必在特定的工作場所起飛。相對安全，但最高飛行速度持續(xù)時(shí)間短。

（1）飛行平臺機(jī)身的保護(hù)有三個(gè)組成部分：①機(jī)身對整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行起到了保護(hù)的作用；②動力設(shè)備提供航空飛行的動力；③飛行控制系統(tǒng)對飛行軌跡進(jìn)行控制。

圖1 無人機(jī)系統(tǒng)組成

①整體機(jī)身材料固定翼小型無人機(jī)整體機(jī)身的復(fù)合材料一般由EPP（聚氨酯—聚丙烯—發(fā)光塑料—聚酯發(fā)光泡泡復(fù)合材料）、EPO（聚酯發(fā)光泡泡材料—聚苯乙烯酸—聚乙烯塑料混合物）、FRP，木材等復(fù)合材料具有不同的高強(qiáng)度或低質(zhì)量；多翼螺旋翼小型無人機(jī)的整個(gè)機(jī)身通常由多種碳纖維復(fù)合材料制成；②動力裝備無人機(jī)一般采用鋰電池、汽油、水電混合動力、氫氣（德國）等作為主要能源，較為常見的情況是采用轉(zhuǎn)子式鋰電池供電。由于缺乏鋰電池儲能和發(fā)動機(jī)，航空旋翼式無人機(jī)飛行時(shí)間相對較短；③飛行運(yùn)動控制系統(tǒng)技術(shù)是飛機(jī)飛行控制平臺的重要組成部分。其主要功能包括一個(gè)飛行運(yùn)動控制系統(tǒng)單元，如渦輪慣性驅(qū)動發(fā)動機(jī)飛行控制和中繼板（IMU）、氣壓和推力空速控制傳感器、GPS 射頻接收機(jī)等。

（2）任務(wù)設(shè)備民用無人機(jī)的任務(wù)設(shè)備主要包括通訊中繼裝置，紅外遙感遮蔽設(shè)備，航向規(guī)劃裝置等。

（3）基于無人機(jī)應(yīng)用地面飛行控制站的應(yīng)用地面飛行控制站主要由控制顯示系統(tǒng)、控制數(shù)據(jù)處理器和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包傳輸控制系統(tǒng)組成。顯控系統(tǒng)的主要功能是實(shí)時(shí)顯示和控制無人機(jī)的各種飛行運(yùn)動狀態(tài)，無人衛(wèi)星接收機(jī)GPS 和無人攝像機(jī)實(shí)時(shí)鎖定后發(fā)射的衛(wèi)星數(shù)，飛機(jī)控制電路系統(tǒng)的主要操作功能是通過攝像機(jī)航向運(yùn)動規(guī)劃管理軟件平臺，準(zhǔn)確規(guī)劃攝像機(jī)跑道軌跡的運(yùn)動模式和方向，控制整個(gè)飛機(jī)的航向運(yùn)動。

3 無人機(jī)傾斜攝影測量

3.1 性能要求

在傳統(tǒng)的同軸傾斜相機(jī)成像系統(tǒng)中，鏡頭數(shù)目和圖像類型都很大，可以從不同的拍攝場和角度拍攝不同的圖像，實(shí)現(xiàn)了單個(gè)圖像操作的最大廣度和深度。一般來說，在航空中使用無人機(jī)對其飛行器的觀測像元進(jìn)行測量時(shí)，自選航空攝像傳感設(shè)備的最高每秒觀測像元測量范圍應(yīng)為3.5×107 以上。在正常曝光條件下，單個(gè)紅外鏡頭的曝光像素時(shí)間長度也應(yīng)直接控制在2×107以上，而紅外鏡頭的曝光像素時(shí)間長度也應(yīng)直接控制在1×108。另外，為了充分考慮某些特殊條件下的圖像測量性能要求，攝像機(jī)的正常工作時(shí)間應(yīng)嚴(yán)格控制在90min 以上，并特別注意保證其能同時(shí)正常工作。

3.2 應(yīng)用優(yōu)勢

無人機(jī)傾斜攝影在房地產(chǎn)綜合測繪工作中的優(yōu)勢在于：

（1）由于無人機(jī)傾斜攝影在實(shí)際應(yīng)用中可以通過移動視點(diǎn)和改變視角，獲得同一物體的不同圖像，它可以實(shí)現(xiàn)房地產(chǎn)結(jié)構(gòu)的多信息全方位的真實(shí)三維重建。該技術(shù)能有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)的攝影測量測繪技術(shù)，近年來無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在測繪市場上取得長足的進(jìn)步。

（2）運(yùn)用無人機(jī)作為傾斜攝影設(shè)備的載體，可以快速轉(zhuǎn)換視角，借助高精度的POS 數(shù)據(jù)和機(jī)載后差分?jǐn)?shù)據(jù)獲得準(zhǔn)確的位置信息。同時(shí)，縮短了數(shù)據(jù)采集周期，降低攝影測量成本?，F(xiàn)階段，數(shù)據(jù)處理軟件的自動化程度較高，通過成熟的三維重建軟件可以實(shí)現(xiàn)低成本的三維建模。

（3）因?yàn)槭褂脽o人機(jī)設(shè)備可以最大限度地節(jié)省有關(guān)人力，提高測繪工作的有效性，可以更好地協(xié)調(diào)農(nóng)村房地產(chǎn)綜合測繪工作的內(nèi)外協(xié)同關(guān)系，防止因天氣等因素造成測繪工作的延誤。而且由于無人機(jī)野外攝影測量效率較高，可以節(jié)省大量的野外工作時(shí)間，也可以更好地提高室內(nèi)測繪的效率，從而減少人工誤差對測繪工作的影響。

4 無人機(jī)傾斜攝影測量在農(nóng)村房地一體中的應(yīng)用

無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在農(nóng)業(yè)和房地產(chǎn)中的應(yīng)用利用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)獲得真實(shí)的三維建筑模型，完成房屋權(quán)屬集中調(diào)查和房地產(chǎn)估價(jià)。

4.1 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理流程

其關(guān)鍵在于：①SIFT 特征提取與匹配算法，可以在尺度空間中建立特征，實(shí)現(xiàn)特征線與特征點(diǎn)之間的定位與運(yùn)動匹配；②可以結(jié)合POS 數(shù)據(jù)系統(tǒng)提供的多視點(diǎn)圖像的外方位管理元素，并采用金字塔移動匹配管理策略與dogt 相結(jié)合，在多視點(diǎn)圖像的每一級自動匹配多個(gè)同名點(diǎn)，構(gòu)建無圖像的網(wǎng)絡(luò)；③建立多視點(diǎn)圖像連接點(diǎn)和圖像控制線，多影像控制點(diǎn)運(yùn)動坐標(biāo)與匹配POS 系統(tǒng)數(shù)據(jù)、多視點(diǎn)影像自標(biāo)定與區(qū)域網(wǎng)匹配平差檢測誤差計(jì)算公式。

4.2 外業(yè)補(bǔ)測

在分析三維房屋巡查結(jié)果和調(diào)研成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行現(xiàn)場人員交流巡查底圖，及時(shí)開展房屋管理現(xiàn)場調(diào)查。在現(xiàn)場房屋測量過程中，我們利用鋼尺gnssrtk、全站儀、鋼尺等工具，對一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜、三維實(shí)景模型不清晰的房屋進(jìn)行多項(xiàng)輔助測量，現(xiàn)場隊(duì)補(bǔ)測的主要目的是進(jìn)行以下補(bǔ)測工作：①用三維鋼尺測量房屋邊界特征點(diǎn)，對于邊長超限的房屋邊界特征點(diǎn)，用鋼尺gnssrtk 或用全站儀再次采集，找出邊界特征點(diǎn)；②三維實(shí)體建筑模型的邊界拐點(diǎn)不清晰或認(rèn)為不規(guī)則；③測量所有樓盤的建筑面積，不要采集多余的面積。

4.3 EPS 三維采集

EPS 可用于傾斜廣角相機(jī)測量系統(tǒng)產(chǎn)生的部分模擬量提取值的數(shù)據(jù)導(dǎo)入和綜合分析測量處理，也可用于房屋、墻壁、陽臺等相關(guān)及附屬建筑設(shè)備的部分模擬量提取值的分析測量，或可用于模擬提取從墻到地面高度點(diǎn)的值。首先，將直接生成的三維圖像模型和正射三維圖像直接加載到EPS 中，直接生成的三維圖像模型值通過向上格式轉(zhuǎn)換，然后在三維圖像模型上直接向上量化[3]。在三維房屋模型上可以直接實(shí)現(xiàn)對所有地籍信息數(shù)據(jù)的自動分析和實(shí)時(shí)采集。用五點(diǎn)房或線房分割圖繪制整個(gè)房屋模型。用戶在繪制地圖時(shí)，甚至可以對整個(gè)房屋模型中所有建筑物的主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，實(shí)時(shí)輸入各個(gè)樓層面積數(shù)等建筑物屬性的信息數(shù)據(jù)。一些圓形建筑在常規(guī)投影激光投影（三維平面）下可以快速地在三維圖像中描述，一些屋檐在三維透視反射投影（三維平面）下可以直接修改或校正。

4.4 數(shù)據(jù)處理

無人機(jī)攝影完成后，需要對攝影中的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，為今后其他項(xiàng)目的應(yīng)用做好準(zhǔn)備。與傳統(tǒng)的圖像攝影技術(shù)相比，傾斜圖像攝影技術(shù)可以從多個(gè)角度獲取被測物體的相關(guān)信息，大大提高了圖像處理的維數(shù)。多角度獲取數(shù)據(jù)也可以為圖像處理工作者提供更多的參考，從而大大提高圖像處理的效率。此外，裝備了先進(jìn)傾斜攝影技術(shù)的無人機(jī)還將配備先進(jìn)的預(yù)處理系統(tǒng)，可以消除拍攝圖像中的所有無效數(shù)據(jù)，從而大大提高數(shù)據(jù)處理的速度和精度。

5 結(jié)語

傾斜攝影測量技術(shù)就是現(xiàn)階段一種流行的不動產(chǎn)測繪技術(shù)，它能提高農(nóng)村不動產(chǎn)在測繪中的工效及工作質(zhì)量，具有非常高的可行性。