無人機傾斜攝影測量在農村房地一體中的應用研究

摘? 要：針對傳統地籍測繪效率低、入戶難、風險大等問題，文章在分析傾斜攝影測量技術后，提出采用傾斜攝影技術進行地籍測量。首先對任務區進行傾斜影像數據采集和像控點測量，然后進行空中三角測量解算和實景三維模型生產，最后進行地籍測繪。利用實地采集的房角點坐標和丈量的房屋邊長對地籍成果精度進行檢測統計。經檢測，其界址點精度和房屋邊長精度均可滿足地籍測繪二級精度要求，可以為農村房地一體項目測繪提供參考借鑒。

關鍵詞：傾斜攝影；實景三維模型；地籍測量；房地一體項目

中圖分類號：TP39；P231? 文獻標識碼：A? 文章編號：2096-4706（2023）13-0122-04

Research on the Application of UAV Tilt Photogrammetry in Rural Housing and Land Integration

ZHAO Yongzhi

（Longnan Bureau of Natural Resources， Longnan? 746000， China）

Abstract： In view of the low efficiency， difficulty in entering the household and high risk of traditional cadastral surveying and mapping， this paper analyzes the tilt photogrammetry technology， and proposes to use the tilt photogrammetry technology for cadastral surveying. Firstly， tilt image data collection and control point measurement are carried out on the task area， followed by aerial triangulation calculation and production of realistic 3D models. Finally， cadastral surveying and mapping are carried out. Use the coordinates of the corner points of the house collected on site and the measured length of the house to test and count the accuracy of the cadastral results. After testing， the accuracy of the boundary point and the accuracy of the house edge can meet the secondary accuracy requirements of cadastral surveying and mapping， which can provide reference for the surveying and mapping of rural housing and land integration projects.

Keywords： tilt photography; realistic 3D model; cadastral surveying; housing and land integration project

0? 引? 言

地籍測繪，主要測量界址點和丈量界址線距離。傳統的地籍測繪，是使用全站儀、GPS-RTK進行界址點坐標的采集，利用卷尺進行界址線距離的丈量。利用全站儀進行測量，要求設站點與被測點之間通視，否則就需要更換設站點的位置，這樣頻繁換站，嚴重影響了作業效率。GPS-RTK在測量時，要求氣泡居中，這樣測量的才準確，但是由于遮擋的原因，氣泡很難居中，因此采集的成果精度不高[1-3]。利用卷尺或者鋼尺進行界址線距離丈量，短距離可以一次性完成，對于比較長的界址線，則要多次測量求和，這樣誤差就會積累，導致測量精度低。而且這種作業方式，都要求必須現場進行作業，測量加記錄至少需要3人，作業效率低，外業作業風險高。碰到農忙時期，在對院內的數據進行采集時，會因家中無人而無法入戶作業，增加了作業成本。房地一體項目要求工期緊，成果質量高，采用傳統方法，很明顯很難按時高質量完成項目。傾斜攝影是近年來發展起來的一項新型的攝影測量方式，其由于搭載的相機多，獲取的影像有效數據更多，且可以超低空作業，獲取高分辨率的影像，因此其獲取的測繪產品精度要比垂直攝影測量的精度高[4-7]。為了保障房地一體項目能按時高質量完成，將傾斜攝影測量技術引入房地一體測量項目中來，其是非常有必要的。本文分析了無人機傾斜攝影測量的原理，介紹了目前傾斜攝影數據解算常用軟件的優缺點，并對傾斜攝影在地籍測繪中的作業流程進行了簡單說明。以實際項目為例，對作業流程中的關鍵技術進行了介紹，最后從界址點精度和界址線距離精度兩方面對地籍成果精度進行了檢測評定。通過檢測可知，采用傾斜攝影生產的地籍圖，其精度可以滿足地籍測繪二級精度要求，可以為房地一體項目順利完成提供保障。

1? 無人機傾斜攝影

1.1? 傾斜攝影測量原理

無人機傾斜攝影是指在飛行平臺上，搭載多個航攝儀，從多個角度從空中對地面進行航攝影像數據的采集。相對傳統的垂直攝影測量來說，傾斜攝影測量搭載的航攝儀，其角度并非與地面垂直，而是與地面呈一定的夾角。傾斜航攝儀最常見搭載的是5鏡頭相機，其由4個側視相機和1個下視相機組成。側視相機通常與下視相機呈45°夾角，主要獲取被攝物體的側面紋理數據，而下視相機則垂直于地面，獲取被攝物體的頂部紋理數據[8]。通過攝影測量數據處理軟件，對傾斜數據進行處理，然后得到實景三維模型成果，并在該模型上，完成一系列高精度測繪產品的制作。

1.2? 傾斜攝影測量軟件

目前傾斜攝影測量軟件較多，但各軟件的優缺點比較明顯，比如Mirauge 3D軟件，其在解算傾斜攝影數據時，空三成功率高，但是精度較差，模型精細度無法滿足測繪需求；Context Capture軟件，其空三精度高，生產的模型精細度高，但是空三解算易失敗；PhotoScan軟件，解算空三成功率高，但是模型精細度較差。在對影像數據進行解算時，要結合項目要求，選擇不同的軟件進行數據解算，也可以通過不同軟件組合使用，來達到項目要求。

1.3? 傾斜攝影在地籍測繪中的作業流程

傾斜攝影測量在地籍圖測繪中，主要包括兩部分內容，即外業工作和內業工作。外業工作主要包括航飛前的測區勘察、像控點測量、航線規劃、影像數據采集；內業工作主要包括前期數據的預處理、數據的導入、空中三角測量解算、像控點轉刺與平差、三維密集點云生產、TIN構建、紋理自動映射貼圖、實景三維模型格式的轉換與輸出，基于三維模型進行地籍測繪。其主要的作業流程如圖1所示。

2? 案例分析

2.1? 任務區概況

本次任務區位于甘肅隴南某一農村，任務區內約有宗地130宗，任務區內地勢平坦，房屋主要以一層為主，有少量二層、三層房屋，房屋分布無規律，采用傳統方法，作業效率低，無法按時完成任務。在分析了傾斜攝影測量技術后，提出采用傾斜攝影的方式進行本次任務區內地籍圖的測繪。

2.2? 外業數據采集

2.2.1? 像控點測量

像控點測量分為像控點的布設和像控點坐標值的測量。本次布設按照100 m的間隔均勻布設，在任務區邊緣加密布設，保證任務區邊緣有足量的像控點。在測量像控點時，為了能夠保證測量的像控點精度更高，而且和周邊地物反差更大，像控點點位用黑色的布料或者黑色油漆噴涂，點位靶標形狀噴涂為“L”，并采集其內角點坐標。像控點每個點位采集次數不少于3次，每次平滑次數不低于20次，同一點位坐標值較差要求小于1 cm，符合要求后，拍攝實地照片，標注編號，即完成點位坐標值的采集，如圖2所示。檢查點采集時，要求分散在整個任務區內，且采集的對象是房角點、宗地角點，用于后期宗地和房產圖精度的檢測，采集要求和像控點相同。

2.2.2? 航線規劃與影像采集

航線的規劃，優先要選擇相機，本次航攝作業選用賽爾102S相機，該相機像幅適中，航攝影像清晰度高，獲取的影像畸變小。設置相對航高為95 m，航向、旁向重疊度為85%，任務區起飛點海拔高度為1 550 m。為了后期成果精度盡可能滿足項目要求，本次設置航攝影像地面分辨率為1.5 cm，航攝四周外擴190 m，這樣可以保證任務區邊緣模型完整，精度符合要求，具體的航線規劃參數如圖3所示。

將規劃好的航線參數導入到地面站軟件中，在地面站軟件中控制無人機起飛，完成影像數據的采集。在正式作業前，對相機、內存卡等進行全面檢查，確保均處于可使用狀態。在起飛環境安全時，控制無人機按照規劃好的航線起飛、獲取影像數據、飛機降落，導出影像和POS數據，完成本次航攝任務。

2.3? 內業數據處理

2.3.1? 數據預處理

1）提升影像質量。本次航飛成果亮度整體偏暗，在PhotoShop軟件中，手動調整對比度、亮度、色階，完整一幅影像的顏色調整，并將調整參數記錄下來，設置為動作，批量掛機完成所有影像數據的亮度調整。

2）相機參數優化。本次航攝使用的相機，其較長時間未進行檢校，相機參數準確度低，為了保證后續數據解算精度高，需要進行相機參數的優化。從5個鏡頭中各選取少量影像，并在Context Capture軟件中進行空中三角測量解算，從而得到解算后的相機參數。得到的相機參數，都是通過解算得到的，其精確度更高。

2.3.2? 空中三角測量解算

空三加密是攝影測量計算的核心，本次影像數據量并不大，為了保證空三精度和模型精細度高，決定采用Context Capture軟件來完成空中三角測量的解算。新建工程，導入預處理后的影像和相機參數，加載影像對應的POS數據，設置工程路徑和任務路徑，提交任務，開啟引擎，完成空三加密的解算。查看空三報告，加密點重投影中誤差為0.61個像素，精度雖然符合要求，但是精度整體偏低，導入像控點坐標，并完成像控點的轉刺和平差。再次查看空三報告，加密點重投影誤差為0.43個像素，像控點中誤差為0.002 m，精度良好，可以進行后續數據的生產。

2.3.3? 自動化三維模型生產

空三加密得到的點，由于其密度低，不能準確地描述地形高低起伏變化，因此需要在此基礎上進行密集點云的匹配，傾斜攝影中被稱為多視影像密集匹配。通過匹配，得到高密度的三維點云數據，但這都屬于離散的點，不能表述某個物體的結構，因此需要將密集的點轉變為互不較差重疊的三角網，這種由點到面的過程被稱為不規則三角網的構建，得到的模型被稱為白膜。然后基于三角網頂點和影像之間的關系，完成影像紋理的自動映射貼圖，從而得到實景三維模型成果。本次在Context Capture軟件中，設置瓦片大小為100 m，平面簡化設置為0 m，輸出格式為OSGB，輸出瓦片重疊度為0.5 m，紋理貼圖質量為100%。提交任務，開啟引擎，完整實景三維模型自動化生產。部分得到的實景三維模型如圖4所示。

2.3.4? 高精度地籍測繪

本次地籍測繪采用EPS軟件完成。首先將OSGB格式的三維模型和XML文件加載到EPS軟件中，快速得到DSM成果數據，然后加載DSM數據進行地籍測繪。對于模型完整，未出現拉花區域，直接在三維模型的基礎上，選擇房屋圖層進行矢量化；對于因遮擋而導致的模型拉花區域，則借助虛擬立體像對進行界址點坐標的采集，然后再將界址點連接起來，形成閉合的房屋或宗地。對于遮擋嚴重而導致內業無法采集的房屋，如果是規則的，則采用延長線的方式交匯出對應的界址點，如果不規則，則必須現場進行補充測量，這樣就可以得到精度高、更加完整的地籍成果。

3? 精度檢測與統計評價

地籍成果界址點不同等級精度規定[9]如表1所示。

本次采用外業采集的50個房角點坐標對地籍界址點精度進行檢測，部分檢測統計結果如表2所示。采用外業丈量的30條邊長對地籍界址線距離精度進行檢測，部分檢測統計結果如表3所示。

本次精度檢測，界址點和界址線均未出現粗差，采用同精度中誤差計算公式，對界址點精度進行計算，得到界址點中誤差為±7.5 cm；對界址線距離精度進行統計，得到較差平均值為13.5 cm。按照表1中的各項指標，本次生產的地籍成果，其精度可以滿足地籍測繪二級精度要求。

4? 結? 論

本文將傾斜攝影測量技術引入到農村房地一體項目中，并以實際項目為例，對該技術的可行性進行了驗證。通過外業采集的房角點坐標和丈量的界址線距離，對地籍圖上對應的界址點和距離精度進行了檢測，并結合CH 5002-94地籍測繪規范中的指標，得出本文的方案可以得到滿足地籍測繪二級精度要求的地籍成果，可以為房地一體項目中地籍測繪帶來借鑒。

參考文獻：

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[8] 魏軍.傾斜攝影數據處理成果的質量檢查與評定 [J].測繪，2021，44（3）：124-127.

[9] 國家測繪局.地籍測繪規范 附說明：CH 5002-1994 [S].西安：國家測繪局測繪標準化研究所，1995.

作者簡介：趙永志（1980—），男，漢族，甘肅武都人，助理工程師，主要研究方向：不動產測繪相關專業工作。

收稿日期：2023-02-27