无人机倾斜摄影测量在房地一体测绘中的应用研究

周立垚

（浙江省浙南综合工程勘察测绘院有限公司，浙江 丽水 323050）

0 引言

近年来我国逐步开展了农村不动产权籍调查及确权工作。该项工作普遍采用的外业数据采集方式为使用全站仪、激光测距仪等［1］，该作业方式理论基础较为成熟，测绘成果精度较高，能够为不动产确权登记提供准确可靠的数据支撑。但该方法弊端也较为明显，全站仪测量方法为单点测量，会使得测绘成果存在一定的局限性，无法直观反映被测对象的表面纹理特征，且该方法作业周期长，内业处理较为烦琐，出图效率低，需投入较多的人力物力。随着不动产确权工作的快速推进，传统作业方式越来越难以满足农村不动产基础测量数据快速更新的需求。无人机倾斜摄影测量技术的出现，为不动产基础数据快速更新提供了新的解决方案。

无人机倾斜摄影测量三维建模改变了传统建模方法数据采集慢、建模周期长等弊端，大大提高了三维模型生产效率，同时也降低了建模成本，极大地提高了倾斜模型在多个领域中的应用发展前景［2］。本次研究利用无人机倾斜摄影测量技术对某地区进行房地一体化测绘，采集研究区航摄影像数据，建立测区三维实景模型，从而获取研究区房地一体化测绘成果。

1 倾斜摄影三维建模

以无人机倾斜摄影测量技术为基础进行三维模型构建，其流程主要可分为2 步：野外数据采集和三维模型构建［3］。其中，野外数据采集包括控制点布设与量测、测区航摄影像采集等，像控点布设是无人机倾斜摄影测量的基础，尽管一些研究人员提出了免像控三维建模方法，但是这种建模方式模型成果精度相对较差，难以满足生产使用需求，因此本文选择布设与量测像控点作业方式。测区航摄影像采集主要有单镜头采集和五镜头采集2 种作业方式，其原理基本相同，均利用搭载相机采集垂直角度以及前、后、左、右4 个倾斜角度的地表影像。单镜头采集是在无人机上搭载可旋转的单相机镜头，无人机通过井字飞行方式完成5 个方向的地表影像采集工作，该方法硬件成本相对较低，但是航摄工作及数据处理较为复杂，从而降低了三维模型生产效率；五镜头采集是在无人机上搭载5 个相机镜头，按照飞行航线同时采集5 个角度的地表影像，其硬件成本相对较高，但数据处理过程较为方便，三维模型生产效率较高，更有利于大范围区域内倾斜摄影三维模型基础数据采集获取。

随着计算机技术的发展，三维建模软件逐渐向自动化建模方向靠拢，各类建模软件开发应用逐渐成熟，但其原理基本一致，核心建模步骤主要包括5个方面，分别为影像稀疏匹配、空中三角测量、影像密集匹配生成密集点云、密集点云三角网构建，以及自动纹理映射生成实景三维模型［4］。

2 房地一体调查

房地一体调查工作是我国土地房产管理工作的基础，其作业方法流程应严格遵守不动产权籍调查规程和相关技术标准，充分利用已有土地房产调查数据成果，针对测区实际情况，合理选择数字测图、三维激光扫描、倾斜摄影测量等作业方法进行数据采集作业，通过内业数据处理建立集图形、属性及登记信息为一体的不动产权籍调查数据，为不动产登记发证提供可靠数据依据。房地一体调查作业主要包含以下几个方面：

1）测区现存数据资料收集。

在进行正式作业前，首先应对测区已有的数据资料进行收集归纳，主要包括与该项目有关的地区政策文件、测区内各自然村和乡镇等界线数据、测区高等级控制测量数据、测区各类型土地利用现状数据、数字正射影像图及历史地形图等图形数据。已有数据搜集完成后，在当地各级领导的协助下，向居民进行房地一体调查宣传，目的是向居民普及房地一体调查作业的必要性，使居民在后续工作过程中多多配合作业人员进行调查测绘，提高作业效率。

2）测区地籍成果测绘。

本次研究采用无人机倾斜摄影测量技术方法对研究区进行外业航摄数据采集作业，某些航摄盲区采用全站仪进行补测，采用专业数据软件对外业数据进行处理，生成能够满足规范及使用要求的地籍测绘成果，从而为房地一体化调查工作的开展提供测区地籍底图。

3）房地一体化调查作业。

房地一体化调查是土地权属调查和附着建筑物产权现状调查同时开展的作业方法，有利于实现“三权统一”，提高土地、房屋权属以及现状调查测绘效率，实现房地调查测绘成果的统一管理。调查测量完成后即可进行内业数据处理，利用不动产权籍调查建库专业软件工具进行测区宗地图绘制、房地一体数据关联、成果输出等，输出成果满足规范要求后即可进行入库存储。

3 倾斜摄影测量房地一体测绘

3.1 数据采集

本次研究以某地区农村不动产权籍调查测绘项目为研究对象，该项目测区面积约为1.37 km2，地形条件相对较为复杂，房屋建筑依托地形建设，分布相对较为零散。采用传统全站仪单点测量方法工作量较大，需投入较多的人力物力。为提高作业效率，该项目采用无人机倾斜摄影测量技术进行房地一体化测绘工作。

航摄作业前需进行航摄规划设计，首先依据航摄任务对作业区域进行报备，确定作业区域可以进行航飞作业后绘制测区KML（Keyhole Markup Language）范围线，进行航线规划设计，确定航摄路线。之后依据天气情况确定航摄日期，提前检查无人机状态，确保可以进行正常飞行作业。

像控点是无人机倾斜摄影测量的控制基础［5］，飞行前需要在测区范围内合理布设地面像控点，并确保像控点均匀布设且覆盖整个测区，以高精度GNSS-RTK 多次测量结果作为最终像控点成果数据。选定视野开阔的平坦区域作为起飞点，进行实际作业区域航线规划设计，并确保航向重叠度不小于80%，旁向重叠度不小于70%。若航摄区域内高差较大，应分块分区域航飞作业，获取研究区原始影像数据。

本项目使用大疆经纬M 600 无人机搭载五镜头进行数据采集，选择天气晴朗、能见度较高的微风天气进行航摄作业。无人机倾斜测量设计参数如表1 所示。

表1 无人机倾斜测量设计参数

航拍作业完成后，需对其成果进行检查，主要检查内容包括航摄影像是否完整、航拍照片曝光是否正常，以及POS 数据是否存在丢失现象等，当出现此类问题时需进行补测。外业航摄成果检查完成后，将航摄影像分类存储在同一个项目文件夹内，便于进行数据处理。

3.2 数据处理

倾斜摄影测量的内业数据处理主要包含以下几个方面：首先是对航摄影像进行匀光匀色、畸变改正等预处理［6］，确保航摄影像能够满足使用要求；然后对其进行空三加密，经检验合格后即可生成点云数据；最后对点云数据进行去噪和精简，即可建立测区实景三维模型。本文采用多视影像联合平差技术对外业航摄获取的倾斜影像进行区域网平差，然后进行多视影像密集匹配，生成能够满足使用要求的高精度点云数据，构建不规则三角网，并进行测区建筑物纹理映射，从而得到测区实景三维模型。以上数据处理过程均在Smart3D 软件中进行，通过设置所需参数即可完成自动解算，操作方便，自动化程度较高。

测区三维实景模型构建完成后，需进行地物地貌特征及属性数据信息的内业采集，主要有传统立体测图和专业数据软件自动提取2 种方式，专业数据的软件自动提取是在传统立体测图的基础上，采用图像识别算法将特征信息进行自动获取，能够降低立体测图工作强度，但精度略低，很难达到传统立体测图效果。本项目使用EPS 软件直接在三维模型上进行数据采集，EPS 软件不能直接识别OSGB 格式，需要使用EPS 三维测图模块将模型转换成DSM 格式，才能将三维模型导入；EPS 支持同时在二维窗口加载超大影像，在三维窗口加载实景三维模型，采集房屋要素时，传统操作需要进行“房檐改正”，而三维测图可直接采集到墙体表面，更加方便、准确，大大提高了内外业工作效率；对于软件无法自动提取的要素信息采用传统立体测图形式进行人工采集，直至数据成果满足要求为止。测区局部三维模型和房地一体化测绘成果如图1 所示。

图1 测区局部三维模型和房地一体化测绘成果图

3.3 精度分析

房屋一体化测绘成果生产完成后，需对其进行精度评定，验证其是否满足规范及使用要求，主要验证内容为界址点精度及地物间距精度，规范精度要求如表2 所示。

表2 房屋一体化测绘成果精度要求 单位：m

为对房地一体化测绘成果界址点精度进行科学评定，本次研究本着“均匀分布”的原则在测区范围内随机选择了206 个界址点和161 条建筑物特征边进行校核，分别采用高精度全站仪和激光测距仪进行界址点平面坐标和特征边边长测量，并与房地一体化测绘成果中对应界址点和特征边进行对比分析，统计结果分别如表3 和表4 所示。

表3 界址点点位较差分布

表4 地籍图间距较差分布

通过对表3 分析可知：采用无人机倾斜摄影测量获取的房地一体化测绘成果界址点平面坐标点位中误差为0.031 2 m；与检核点较差小于0.05 m 的界址点有178 个，占检核点总数的86.41%；与检核点较差位于0.05～0.10 m 区间范围内的界址点有26个，占检核点总数的12.62%；与检核点较差位于0.10～0.15 m 区间范围内的界址点有2 个，占检核点总数的0.97%，远小于5%；没有超过0.15m 的界址点较差。

通过对表4 分析可知：采用无人机倾斜摄影测量获取的房地一体化测绘成果地籍图特征边边长中误差为0.038 4 m；与检核成果较差小于0.05 m 的地籍图特征边有133 条，占检核成果总数的82.61%；与检核成果较差位于0.05～0.10 m 区间范围内的地籍图特征边有25 条，占检核成果总数的15.53%；与检核成果较差位于0.10～0.15 m 区间范围内的地籍图特征边有3 条，占检核点总数的1.86%，远小于5%；没有超过0.15 m 的地籍图特征边间距较差。

综上所述，采用无人机倾斜摄影测量进行房地一体化作业，测绘成果精度较高，能够满足规范和生产使用要求，且可以大大降低工作量，提高作业效率。

4 结语

房地一体化调查工作是我国土地管理工作的基础，与广大人民群众的个人利益息息相关，因此通过合理高效的作业方式对房地一体化数据成果进行高精度生产输出，具有极为重要的现实意义。本次研究以无人机倾斜摄影测量技术为基础，对研究区房地一体测绘项目进行航摄作业，利用Smart3D 软件建立测区实景三维模型，利用EPS 软件提取不动产数据信息，从而实现房地一体基础数据的快速获取与更新，并对测绘成果进行精度分析，确保能够满足规范精度和生产使用要求，既降低了项目成本，提高了作业效率，又保障了测绘成果质量，为后续不动产登记确权提供可靠数据依据，有利于推动不动产登记确权的快速发展与进步。