應用無人機傾斜攝影測量的房地一體化調查研究

馬翀

摘? 要：農村房地一體調查是農村宅基地調查和農村房屋調查的一體化調查，該文提出基于傾斜攝影測量的調查方案，以四川省南充市干井壩村為研究背景，先在調查區域內布設像控點，然后利用RTK測量出這些像控點和具有代表性的檢查點坐標。設計一種外業飛行方案，利用通過該方案獲取的影像數據制作DOM和三維模型并在三維模型上采集成果數據，通過成果數據與檢查點的實測數據精度分析精度是否滿足要求。

關鍵詞：傾斜攝影測量? 宅基地? 一體化調查? 精度

中圖分類號：P231? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）01（c）-0068-03

Abstract：The integrated investigation of rural housing and land is the integration of rural residential land survey and rural housing survey. This paper proposes an investigation scheme based on inclined photogrammetry. First， image control points are set in the survey area， and then RTK is used to measure the coordinates of these image control points and representative inspection points. A field flight scheme is designed. Dom and 3D model are made by using the image data obtained by the scheme， and the result data are collected on the 3D model. Whether the accuracy meets the requirements is analyzed through the accuracy of the result data and the measured data of the checkpoint.

Key Words： Tilt photogrammetry; Homestead; Integrated survey; Precision

農村房地一體調查是保護農民權益的一項惠民政策，是國家了解農民住房狀況的重要手段，也是科學地制定新農村發展規劃的重要數據來源[1]。對于農民而言，進行綜合的住房和土地調查是使個人家庭財產合法化和改變其權益的有效途徑。這里的房地一體化調查是對農村家庭和農村房屋的綜合研究。農村宅基地調查使用每塊土地作為研究單位來確定其邊界點，劃定邊界線，查清權屬，目的是弄清四至關系[2]。農村房屋調查旨在調查位置、面積、層數、權屬、建筑材料和房屋使用情況的基本信息。從這里可以看出，農村房屋調查是針對農村宅基地進行更詳細的調查，都涉及測量房屋的界址點。無論是農村房屋測量還是農村宅基地測量，當前的測量技術仍然使用傳統的RTK和全站儀測量技術或傳統的攝影測量技術。但是，這兩種技術的使用具有以下缺點：（1）使用傳統的RTK和全站儀測量技術對農村地區進行綜合測量需要大量的現場調查工作，并且受氣候條件的限制，在某些地方測量不方便。傳統的測量技術具有工作量大、效率低、周期長、成本高的缺點。此外，通過傳統測量獲得的調查和制圖結果相對獨特，無法滿足多種測量需求[3]。（2）雖然使用傳統的攝影測量技術可以節省現場測量工作量并提高測量效率，但對硬件和數據采集人員的要求更高。由于房檐改正的問題，需要將內業的矢量化數據結果發送到外業進行調繪[4]。

近年來，無人機傾斜攝影測量技術發展迅速。它克服了傳統3D建模技術的局限性，例如建模效率低、手動映射以及無法滿足測量要求的3D模型精度[5]。可以獲得高重疊度圖像，快速創建高精度3D模型，由于改進的紋理映射算法，可以將2D紋理圖像自動粘貼到3D模型的位置[6]。3D模型可以很好地反映拍攝區域中的真實信息，并可以加載3D模型和矢量化軟件平臺。

1? 研究的基本思想和技術流程

農村房地一體測量的內容包括測量宅基地界址點、農村房屋房角點和繪制地籍調查底圖。該文所研究的基本思想是先在調查區域內布設像控點，然后利用RTK測量出這些像控點和具有代表性的檢查點坐標。設計一種外業飛行方案，利用通過該方案獲取的影像數據制作DOM和三維模型并在三維模型上采集成果數據，通過成果數據與檢查點的實測數據精度對比來驗證方案的可行性。其技術路線如圖1所示。

2? 調查區域

該實驗區域是干井壩村，位于四川南充市，該地區屬于丘陵地區，面積約為2.3 km2，村中建筑物較為集中，房屋以磚房為主。

3? 外業飛行方案

外業飛行方案設計包括飛行系統的選擇和航線規劃方案設計，飛行方案的設計直接影響影像的質量和外業飛行效率，因此合理設計外業飛行方案是將傾斜攝影測量技術應用到農村房地一體測量中的關鍵步驟。

3.1 飛行系統的選擇

飛行系統的選擇是根據拍攝區域的范圍和特點來選擇的，農村房地一體測量主要是一個村為單位，測量的面積比較小，其位置分布散亂且范圍較廣，不適合選用大面積傾斜攝影測量飛行系統。因此輕小型旋翼無人機和單鏡頭的飛行系統更有優勢，具體如下。

（1）小型旋翼無人機飛行系統硬件設備重量較小，便于攜帶。

（2）單架次作業面積可達到0.5 km2，完全能夠滿足農村房地一體測量的施測范圍需求。

（3）單鏡頭云臺系統相對于五鏡頭云臺系統更加靈活，云臺角度可以根據測區建筑物的高度與建筑物之間的間隔自由設置。

（4）小型旋翼無人機飛行系統價格低廉，飛行安全系數較高，更加適合低空攝影測量作業。

所以該文選用輕小型旋翼無人機飛行系統作為外業飛行系統。

3.2 航攝區域的確定

航線規劃方案的設計首先要確定航攝區域，該文選擇區域如圖2所示。

3.3 航線規劃方案參數的確定

根據上述的幾個數學關系及地籍測量規范的要求，并結合航攝區域的特點，該文設計一種航線規劃方案，其參數如表1所示。

3.4 各架次航線的生成

根據確定的航攝區域，在航向規劃軟件中調整航攝區域的邊界線，并且輸入設計的各項參數，依架次設置主航線角度并生成航線。

4? 精度分析

4.1 實驗數據分析

為了驗證在三維模型采集的數據成果是否滿足農村地籍測量規范的精度，在實驗區域二選取了17個房角點（點f1～f17），它們都是宅基地的邊界點而且均勻地分布在實驗區域內，利用RTK測量這17個檢查點坐標（見圖3）。

為了減少偶然誤差對實驗結果的不利影響，分別對每個檢查點采集10次數據，以實測的坐標值作為真值，結合10次的量測坐標值求取每個方案的檢查點點位中誤差，其精度統計結果如表2所示。

4.2 精度評價

農村房地一體測量的對象可以分為3類：（1）測量界址點，以此繪制地籍要素（宅基地界址范圍線和宗地），精度要求最高;（2）測量宅基地內部的房角點，以此繪制宅基地內部的房屋坐落;（3）地物要素，例如道路水渠或其他地物等。

依據地籍測量規范CH 5002-94，界址點的精度分為三級，其中二級要求限差優于±0.20，中誤差優于±0.10，因此測量成果精度可達到地籍測量二級界址點的要求。

5? 結語

傳統測量的辦法進行農村房地一體測量效率較低而且有大量的外業工作，為了提高房地一體測量的效率，結合無人機傾斜攝影測量的優勢，該文提出基于無人機傾斜攝影測量的農村房地一體測量。拍攝地面分辨率為0.022 cm，航向和旁向重疊為80%和70%的無人機影像，在其建立的三維模型上解譯的房地一體成果精度分別滿足地籍測量規范二級要求，因此傾斜攝影測量技術可以在農村房地一體測量中推廣應用。

參考文獻

[1] 張遠.農村房地一體確權登記關鍵問題的研究[D].江西理工大學，2019.

[2] 趙元務.無人機傾斜攝影測量在農村房地一體測量中的應用研究[D].西安科技大學，2018.

[3] 趙哲軍，廖曉紅.不動產測繪中測繪工程技術的應用分析[J].江西測繪，2019（4）：61-64.

[4] 王進國，陳永立.房地一體權籍測量中的基礎控制測量問題研究[J].測繪與空間地理信息，2017，40（8）：190-192.

[5] 楊亞彬，謝思梅，謝榮安.無人機傾斜攝影測量技術在不動產更新測繪中的應用[J].測繪通報，2020（7）：108-111.

[6] 王文凱，黃昆學，李夢，等.傾斜攝影測量數據輕量化處理技術研究[J].測繪通報，2020（9）：123-126.