无人机倾斜摄影测量在地籍测量中的应用研究

叶 昊

（新疆疆海测绘院，新疆 乌鲁木齐 830000）

0.引言

地籍测量是对土地以及地表附着物的信息进行详细勘定，主要包含附着物的地理位置坐标、边界、面积、权属信息等，其主要目的是获取测区范围内的土地信息。在开展地籍测量工作前，首先要在测区范围内进行土地权属调查，以调查的结果为数据基础，然后进行外业测量工作，最终进行地籍图绘制。地籍测量作为我国地籍调查工作中极为重要的组成部分，能够对宗地权属界址点进行精确标定，同时测量土地权属界线的位置信息[1]，有利于对土地利用状况进行统计核查，通过实地测量获得各宗地界址点的精确坐标、宗地形状、宗地面积等数据[2]，为土地登记、核发土地证奠定基础，从而对土地信息进行依法管理。现代地籍测量是采用现代化的测量方法对测区范围内的各类地籍信息进行数据采集，并将其绘制成专业地籍图。

传统地籍测量外业工作多采用单点式测量方法，普遍为全站仪结合GNSS-RTK的测量模式，在测区控制网布设完成后，逐点进行地籍信息获取工作，外业测量工作强度大，作业效率相对较低。随着科学技术的不断发展，测绘方法和仪器设备得到了较大地发展与提升，尤其是数字化测图技术、摄影测量技术、三维激光扫描技术等的发展，使得地籍测量成果精度及工作效率得到了巨大提升[3]。无人机倾斜摄影技术作为近年来迅速发展的一项新型测绘技术，是对传统地籍测量技术的一次革新[4]，改变了传统的逐点测量方式，其在无人机上搭配多视镜头，在规划区域内获取高清影像数据，并生成测区三维实景模型，进而实现测区地籍信息数据的高效采集工作。采用无人机倾斜摄影测量技术进行地籍测量工作，充分弥补了传统测量手段的测量时间长、工作量大、出图慢等弊端，极大地提高了地籍测量的外业测量和内业数据处理效率。

本文针对传统地籍测量过程中的诸多弊端，将无人机倾斜摄影测量技术运用到地籍测量工作中去，采用无人机倾斜摄影测量技术，通过Pix4D航测数据处理软件对点云数据进行处理，建立测区实景三维模型，并进行精度检校。研究结果表明，采用无人机倾斜摄影测量技术，进行测区内的地籍测量工作，其数据成果精度完全符合规范要求。

1.无人机倾斜摄影测量

基于倾斜摄影的大比例尺地籍测量过程，通过在无人机上搭载垂直和倾斜相机，对地表地物进行多角度摄影，从多个角度获取地物相片数据，并结合测区内所布设的控制网及像控点，生成具有绝对坐标的测区实景三维模型，对三维模型进行矢量化处理，从而得到测区的地籍图。

1.1 像控点布设

通过查阅相关资料可知：一般情况下，无人机航空摄影测量的航向重叠度应在53%以上，并且旁向重叠度不得小于15%[5]，进而保证航片质量及建模精度。本文基于所采用无人机的自身性能，并结合测区实际地形地貌，设计航向重叠度为80%，旁向重叠度为65%，航高为232.58m，在测区范围内共均匀设置了16个航带，覆盖面积约1.52km2，累计采集航摄影像近800张。

在采用无人机摄影测量技术进行地籍测量作业前，需在测区范围内合理布设地面像控点。像控点的布设是无人机航空摄影测量的关键性基础工作，布点位置的选择与点位质量对地籍测量成果精度有着重要的影响[6]。在研究区内实地布设像控点时，应当以预先设计的航拍航线进行点位布设，并尽可能将像控点布设在相邻航线的重叠区域；像控点布设位置周边不得有明显的遮挡物，确保航拍过程中像控点位清晰可见，且远离高压线、发电厂等强电磁辐射源。本次航拍过程中的航线设计图和像控点分布图分别（如图1所示），在测区范围内均匀布设15个像控点，以测区的东北角为航测起始点，测区西北角为航测终点。

图1 航线设计（左）与像控点布设（右）

1.2 像控点精度评定

在进行构建测区三维模型前，需要对所布设的像控点的精度进行评估，进而保证三维模型精度。校核像控点精度中，当发现某些像控点被破坏或者误差较大时，应及时采取相关措施进行究正，或直接舍弃该像控点，确保三维模型的最优精度。本文在测区范围内均匀布设了15个像控点[7]，结合影像POS数据进行空中三角测量。所有像控点的空三解算成果的精度分析结果（如表1所示），其中，重投影精度较高，中误差均小于1pt；对像控点的平面精度和垂直精度进行分析计算可得，平面中误差和垂直中误差分别为0.0042m和0.0033m，其精度较高，完全满足三维建模对像控点精度的要求，故测区范围内所布设的像控点均可用于构建测区的三维模型。

表1 像控点精度评定

2.数据处理

由于无人机自身航摄姿态稳定性较差，容易受到风速、气象等外界环境因素的干扰[8]，所以在本次航摄作业过程中，提前选择天气晴朗、风速相对较低的天气进行航拍作业，从而确保所拍摄影像的清晰度及质量，避免外界条件的干扰。外业航拍作业完成后，采用Pix4D软件进行数据处理。首先需要将航片以及与航片所对应的POS数据导入软件内，同时还需要导入像控点数据，然后利用GPS位置数据以及IMU姿态数据进行外方位元素的反算，生成点云文件后再进行空三加密处理，利用一定数量的已知控制点进行模型外方位元素的解算工作，最后利用解算出的模型外方位元素以及经过加密处理的点云数据生成DSM和DEM影像[9]，并对DSM和DEM进行数字微分纠正，进而得到所需要的DOM数字正射影像（如图2所示）：

图2 DOM数字正射影像

将解算后的DOM成果导入CASS农村地籍软件，并对其进行数据处理，从而得到测区地籍图。首先需要对DOM影像图进行裁剪和接边处理，划分所需要的测区范围；然后采用相关工具对测区内的市政道路、居民房屋、农业耕地、林地园地等具有标志性的地物进行描绘，从而得到所需要的地籍图（如图3所示）。在地物描绘过程中，如出现一些无法通过影像判读的地物信息，如房屋层数、线杆类别等，则需要测量人员进行现场勘查，对此类地物信息进行详细核实，从而确保地籍图的准确性。

图3 矢量化地籍图

3.精度评定

地籍测量是由政府主导的一项非常严谨的测绘工作，其工作成果对我国的土地管理工作具有较为重要的现实意义[10]，因此，地籍测量成果的精度要求相对较高。采用无人机倾斜摄影测量技术，测绘研究区内的地籍信息，为确保测绘成果的精确性，需对地籍图的精度进行检核。本文在测区范围内选取一定数量的界址点，采用高精度GPS-RTK对界址点进行复测，以RTK测量结果为真值，对无人机测绘成果进行精度分析，分别从界址点点位坐标中误差和界址点间距中误差两个方面进行精度评定。

3.1 精度评定方法

通过查阅《国家基本比例尺地形图更新规范》GB/T14268-2008、《地籍测绘规程》TD/1001-2012等相关规范可得，测区范围内相邻的控制点或界址点，坐标中误差不应大于5cm，详细信息（如表2所示）：

表2 界址点精度 单位：cm

在完成测区矢量化地籍图工作后，对地籍图成果精度进行分析评定，以测区内预先选取测量的检核点坐标值数据为真值，对矢量化地籍图上与检核点所对应的点位坐标进行精度研究，通过计算相应点位坐标的平面和高程中误差，对测区三维模型进行绝对精度分析。中误差计算公式如式（1）所示。

式（1）中，mx表示为平面坐标X方向的坐标中误差，my为平面坐标Y方向的坐标中误差，mz表示为高程坐标Z方向的坐标中误差，△为各方向真误差，n为测区范围内的检核点数量。

地籍图成果的平面中误差可根据X及Y方向的中误差进行计算，其公式如式（2）所示。

3.2 精度评定结果分析

为确保界址点点位精度检验的科学性和准确性，本次研究按照“均匀分布”的原则，在测区范围内共选取209个不同地物类型的界址点进行地籍图成果精度评定。在无人机地籍测量成果上提取对应的界址点坐标，与GPS-RTK测量成果进行差值计算；同时采用全站仪、激光测距仪以及精密钢卷尺等测绘仪器对相邻界址点之间的平距进行精确测量，取3次独立测量结果的平均值作为真值，将其测量结果与矢量化地籍图上量测的边长进行综合比对，检验矢量化地籍图的地物相对精度。部分界址点坐标信息（如表3所示），地籍图精度检核结果（如图4所示）。其中，A幅为平面坐标中误差，B幅为高程中误差，C幅为相对地物距离中误差。

图4 无人机摄影测量成果精度分析（单位：cm）

表3 部分界址点数据对比 单位：m

通过对无人机倾斜摄影测量获得的地籍图进行精度评定可得，所选界址点的平面坐标中误差为0.0362m，高程中误差为0.0477m，以及界址点间距的相对精度中误差为0.0418m，均小于0.05m，满足《国家基本比例尺地形图更新规范》GB/T14268-2008、《地籍测绘规程》TD/1001-2012等规范中的不大于5cm的要求。由此表明，采用无人机倾斜摄影测量技术，对测区进行地籍信息的测绘工作，其测绘成果精度可以达到厘米级，精度较高，符合我国地籍测量规范的精度要求，充分弥补了传统单点式地籍测量作业的局限性。

4.结束语

地籍测量作为我国土地信息管理的基础性工作，对测绘成果的精确性、时效性、可视性均具有较高的要求。本文针对传统地籍测量方式的工作量大、作业效率低、作业过程不具备可追溯性等弊端，以无人机倾斜摄影技术为基础，对研究区进行地籍信息采集工作，采用Pix4D软件原始点云数据进行处理，建立研究区三维实景模型，然后对其进行矢量化处理，最终得到测区的地籍图；并在测区内选择209个界址点作为地籍图精度检核点，利用高精度GPS-RTK获取检核点坐标，分析评定地籍测绘成果的平面中误差、高程中误差以及地物间距中误差。经验证，采用无人机倾斜摄影测量技术得到的测区地籍图，其精度满足我国地籍测量规范要求，为我国今后地籍测量的发展提供了一种新的技术手段，具有一定的实用价值。