倾斜摄影技术在农村不动产测绘中的应用研究

高建彩

（三和数码测绘地理信息技术有限公司，甘肃 天水 741000）

地籍测绘主要分为测绘位置和量测边长，传统的位置测绘，主要采用全站仪、GPS-RTK 等设备进行，利用全站仪进行房屋、宗地界址点采集，精度高，但是要求通视，不然会因设站太多而导致作业效率低[1-2]；GPS-RTK 采集界址点精度较低，且在实际作业的过程中，由于墙面等因素的影响，气泡很难居中，因此采集的点位和实际点位总是存在一定的偏差，这种偏差进一步降低了采集成果的精度[3-5]。上述方法全程都是外业工作，对于宗地内部的房屋，需要入户进行采集，不但风险高，而且有时家中无人，无法入户进行采集，影响了作业效率[6]。随着无人机技术，特别是倾斜摄影技术的出现，测绘开始应用倾斜摄影建模，然后利用模型进行地籍图采集成为了不动产测绘的一个主要作业方案。本研究以实际生产项目为例，对无人机倾斜摄影技术在不动产测绘中的应用进行了探究，并对最终的地籍图成果精度进行了检测，成果能够满足地籍规范要求，并且主要工作量都是在内业完成，较传统的作业方式，效率更高，风险更低。

1 倾斜摄影技术

倾斜摄影是指在飞行平台上同时搭载多台航摄仪，由飞控控制多台航摄仪同时对地面进行影像数据获取的技术[7-8]。通常见到的多台航摄仪主要有摇摆2 镜头、3 镜头和固定5 镜头，其中以固定5 镜头最为常见。5 镜头由1 个下视航摄仪和4 个侧视航摄仪组成，其下视航摄仪在作业时，主要采集建构筑物顶部的纹理信息，而侧视航摄仪则主要获取建构筑物侧面纹理信息[9-10]。在获取影像数据和相机曝光时的位置和姿态数据后，就可以利用专业的数据处理软件进行模型生产了，并基于模型进行地籍图生产，其主要流程如图1 所示。

图1 基于倾斜摄影技术生产地籍图流程图

2 项目验证

本次选取甘肃省天水市某县区一村庄作为实验对象，该村庄面积约2 km2，有住户约300 户，房屋分布较集中，地势平坦，房屋主要以1 层2 层为主，整个范围内高差约15 m，采用常规倾斜摄影方式就可以完成影像数据的采集。该村之前已完成宗地普查和农村土地确权项目，已有较齐全的材料，因此本次入户调查工作量较小，主要工作是地籍图的测绘。实验区非禁飞区域，因此在确保飞行安全时，可以不进行空域申请。

2.1 控制点采集

主要包括点位的布设、选取、喷涂与采集。点位的布设按照150 m 的间距在范围线内均匀选取，外业根据内业布设的点位分布在现场进行点位的选取，并利用红色油漆进行点位的喷涂，在喷涂时，利用模板喷L 形状点位，大小为80 cm，这样在内业可以清晰地对点位进行判断。利用GPS-RTK 采集L形状的内三角，在采集的过程中，确保仪器是经过检校合格的，且气泡居中，平滑3 次，且较差均在1 cm内，所有采集的坐标均要求为固定解，并通过远景、近景采集现场照片，便于后期在转刺点位时，准确对点位进行判断。在采集完成后，对坐标成果和现场照片成果进行整理提交。在完成控制点的采集后，随机均匀选取范围线内的房屋、宗地的界址点进行采集，采集要求和控制点采集一样，共采集特征点31 个，这些点主要用来对后期的地籍图成果精度进行检测，外业实地喷涂的靶标如图2 所示。

图2 实地喷涂靶标

采集完检测点，利用钢尺对宗地边长和房屋边长进行丈量，共量取检测边长15 条，其长短不一，具有一定的代表性，基本上可以反映本次成果的整体精度。

2.2 航线规划

结合实验区的特点，本次选用SH-30X 无人机进行作业，考虑到飞机的续航时长，对任务区进行划分，共划分为4 架次，每架次有100 m 的重叠区域，确保在数据采集的时候，能够有效采集架次边缘的影像数据，并在后续数据处理时，能够保证边缘区域模型的完整性。

结合地籍精度要求，本次航线规划地面采样分辨率为1.3 cm，航向和旁向重叠度设置为85%和80%，相对航高为80 m，按照东西方向进行架次划分。为了有效保障测区边缘后期成果的可用性，在规划航线的过程中，对边缘区域航线进行外扩，航向外扩3个展点，旁向外扩2 条航线，这样按照航线飞行，可以保证后期任务区边缘的模型是完整的。

2.3 影像采集

影像采集在2 d 内完成，且是在上午十点到下午两点之间，这样可以减少阴影区域，提高影像的质量。每次作业时，在起飞前，均对无人机进行2 次检查，确保各连接正确，检查电池电量，并在地面进行试拍，确保内存卡可以正常读写数据，确保相机未发生变焦，在一切检查完成后，进行起飞采集影像数据。在采集的过程中，通过地面站时刻关注无人机在空中的飞行状态，确保飞机是按照航线进行正常作业，在采集完成后，完成无人机的降落，然后进行更换电池和下载数据，并对数据进行快速检查，确保数据成果的可用性。剔除地面试拍影像和POS（定位定姿系统）数据，本次共采集有效影像25 785 张，5 镜头POS 共用，因此采集POS 位置5 157 个。

2.4 新建工程

本次数据解算选用上海瞰景科技的Smart 3D软件，4 架次数据合在一起进行解算。新建工程主要是设置工程名和工程路径，并设置集群作业时的任务读取路径，在设置完成后，加载影像数据和POS数据，并手动输入相机参数，主要是焦距和像元大小，在完成数据的输入后，复制空三任务，并在复制的空三基础上提交空三任务，进行空三数据的解算。

2.5 空三加密

空三加密是对所有影像进行特征点提取和匹配的一个过程，并结合输入的POS 数据，对匹配出来的同名点进行平差调整，剔除误匹配的点和残差较大的点。本次数据解算完成后，通过人机交互方式对加密成果进行查看，解算过程中，丢掉13 张影像，但是位于测区边缘，不会对后期成果带来影响，因此可以忽略。空三成果未出现分层和弯曲现象，并且查看加密报告可以得到其加密点重投影中误差为0.41 pix，精度满足2/3 个像元大小，成果可用。

2.6 刺点平差

目前无人机上安装的定位装置，通常定位精度在数十米，只是一个相对坐标，并不能直接用于测绘精度，因此需要转刺像控点。本次采集的像控点成果，其坐标是2 000 国家大地坐标系，主要的作用是通过局域网平差，将POS 坐标系下的成果，转换到控制点对应的坐标系统下，以实现成果的绝对坐标。将整理好的控制点引入软件中并进行转刺，这样就对照片进行位置的约束，然后利用区域网平差算法对空三成果进行平差调整，得到精度可以满足地籍图测绘精度要求的空三成果。在转刺的过程中，对于点位位于照片边缘的照片进行剔除，不进行点位转刺，这样可以有效降低影像畸变带来的误差影响。通过刺点平差，本次的控制点中误差为0.003 m，精度完全可以满足地籍精度要求。

2.7 三维重建

三维重建是基于空三成果的基础上，通过多视影像密集匹配和不规则三角网的构建算法进行三维密集点云的生成和白膜的生成，然后结合纹理和坐标之间的关系，对白膜进行纹理的优化选取和映射，得到最终的带有纹理信息的三角网，并按照后续需求输出OSGB 格式的三维模型。首先需要选择输出框架，在这里选择和控制点对应的框架即可。由于数据量较大，在输出的过程中，对整个范围内的模型进行划分，结合集群电脑的配置，最小内存为32 G，按照100 m 的间距，采用水平规则格网的方式进行瓦片的划分，预计需要内存15 G，小于电脑内存的一半，可以确保模型能够正常输出。输出格式选择OSGB，输出坐标系选择控制点一致的坐标系统，其余参数默认即可，最终得到100 m×100 m 的瓦片成果共245 个。

2.8 地籍图测绘

本次地籍图测绘选用EPS 裸眼测绘软件，首先对OSGB 格式的模型进行索引创建，得到EPS 软件能够识别的DSM 文件，然后加载三维模型和正射影像，根据不同的地物选择，不同的图层命令进行房屋和宗地的采集，并对屋檐进行改正，在采集的同时完成房屋类型、层高等属性的完善。对于采集完成的成果，可以套合正射影像进行检查，找到采集错误地进行修改，使采集的成果可用。对于遮挡严重、模型变形严重区域，利用全站仪和GPS-RTK 进行外业补充采集，对于内业无法判断的房屋类型和材质进行外业调绘，对内业成果进行修改和完善，最后对内外业采集的成果进行整合，得到最终的地籍图成果。

3 精度统计分析

将外业采集的31 个特征点导入到EPS 软件中，利用EPS 软件中精度检测工具，通过人机交互的方式，对采集的地籍图成果精度进行检测，结果见表1。

通过表1 可以看出，本次31 个检测点中，平面较差最大为7.1 cm，最小为3.5 cm，按照同精度中误差计算公式可以得到31 个点的平面点位位置中误差为3.6 cm，成果精度可以满足地籍规范二级精度要求，成果可用。

表1 地籍图界址点精度检测统计表

将采集的15 条检测边长转为dxf 格式加载到CASS 制图软件中，量取每条检测边长对应的地籍图的实际距离，然后求出二者之间的较差，具体的检测结果见图3。

图3 检测边长精度统计图

通过图3 可知，15 条检测边，其较差基本上分布在5～9 cm，成果精度可以满足地籍精度要求。

4 结束语

通过本次实验可知，采用倾斜摄影方式生产的地籍图，精度可以满足地籍规范要求，且较传统方式而言，工作量主要集中在内业的建模和采集环节，这样就大大降低了出外业的风险，且效率得到了有效地提升，可以作为农村不动产测绘的一种新的作业方法进行推广使用。