曹 強

(浙江省工程物探勘察設(shè)計院有限公司, 浙江 杭州 310005)

0 引言

目前,房地一體農(nóng)村不動產(chǎn)登記項目正在全國多個省市展開。房地一體農(nóng)村不動產(chǎn)登記是將農(nóng)村宅基地和集體建設(shè)用地使用權(quán)及土地上的建筑物、構(gòu)筑物實行統(tǒng)一權(quán)籍調(diào)查、統(tǒng)一確權(quán)登記、統(tǒng)一頒發(fā)房地一體不動產(chǎn)權(quán)證書的一項重要工作[1]。

房地一體農(nóng)村不動產(chǎn)發(fā)證工作是黨中央確定的重大惠民工程,連續(xù)5年寫入中央一號文件。通過開展房地一體農(nóng)村不動產(chǎn)登記,能夠使農(nóng)民享有的宅基地和集體建設(shè)用地使用權(quán)依法得到確認和法律保護,維護農(nóng)民合法權(quán)益,促進農(nóng)村社會秩序和諧與穩(wěn)定。為深化農(nóng)村改革、推動鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略、促進城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展奠定產(chǎn)權(quán)依據(jù)[2]。

1 作業(yè)流程

房地一體農(nóng)村不動產(chǎn)登記意義重大,涉及農(nóng)民的切身利益,所以房地一體農(nóng)村不動產(chǎn)登記對測量精度要求較高,一般要求房屋界址點精度為5 cm[3]。

目前,房地一體農(nóng)村不動產(chǎn)登記主流的測繪方法是利用旋翼無人機搭載五鏡頭進行傾斜攝影測繪,在房屋遮擋嚴重或者房屋較分散的區(qū)域,采用全站儀+實時動態(tài)載波相位差分技術(shù)(Real-Time Kinematic，RTK)配合作業(yè)的方法進行修補測。

內(nèi)業(yè)主要采用ContextCapture或者PhotoScan進行三維建模和數(shù)字正射影像(Digital Orthophoto Map，DOM)制作,然后將三維模型導入測圖系統(tǒng)(EPS)進行三維測圖。

房地一體主要的測繪作業(yè)流程如圖1所示。

圖1 房地一體農(nóng)村不動產(chǎn)登記的測繪作業(yè)流程圖

2 飛行設(shè)備

房地一體農(nóng)村不動產(chǎn)登記測繪一般采用旋翼無人機搭載五鏡頭進行傾斜攝影。為獲取高精度的定位定姿系統(tǒng)(Position and Orientation System, POS)數(shù)據(jù),差分模式最好采用事后處理的動態(tài)相對定位(Post Processed Kinematic，PPK)模式[4]。以飛馬D200航攝系統(tǒng)為例,如圖2所示,設(shè)備參數(shù)見表1所示。

圖2 飛馬D200無人機

表1 航攝設(shè)備參數(shù)

3 飛行設(shè)計

(1)地面分辨率:根據(jù)經(jīng)驗,傾斜攝影模型精度是同工程正射分辨率的3倍[5]。因此,為了確保平面5 cm精度的要求,影像的地面分辨率應優(yōu)于2 cm。實際工作中,一般取地面分辨率為1.5～1.6 cm。

(2)重疊度:房地一體農(nóng)村不動產(chǎn)登記傾斜攝影一般要求較高的航向和旁向重疊度,一般航向重疊度設(shè)為80%～85%,旁向重疊度應大于75%。

(3)航高:根據(jù)式(1)進行計算。

h=f×GSD/a

(1)

式(1)中:f為鏡頭焦距;GSD為地面分辨率;a為像元尺寸。

D200均采用傾斜相機像主點分辨率規(guī)劃航線。

(4)像片地面覆蓋范圍:

根據(jù)航攝對應的相似三角形容易得到:

(2)

式(2)中,Sp為像片在飛行方向上(高度方向)覆蓋的距離;Sq為像片在寬度方向覆蓋的距離;dp為傳感器高度;dq為傳感器寬度，如圖3所示。

圖3 航攝對應的相似三角形

4 相控點布設(shè)

(1)點位選擇[6]

①控制點應分布均勻,能控制整個測區(qū);

②像片控制點的目標影像應清晰,易于判別;

③影像邊緣畸變較大,因此控制點距像片邊緣不應小于1～1.5 cm;

④一般布設(shè)在道路交叉口或者斑馬線角點。

(2)密度要求

為達到房地一體農(nóng)村不動產(chǎn)登記要求的5 cm的測繪精度,一般航向上150～200 m布設(shè)一個像控點,旁向上每隔2～3條航線依次布設(shè)。同時應布設(shè)適量的檢查點,用于檢查空三和三維模型的精度。

根據(jù)之前的研究,像控點數(shù)量與空三解算中誤差精度呈冪函數(shù)變化。隨著像控點數(shù)數(shù)量的增加,解算精度雖逐漸提高,但地面控制點數(shù)量趨于一定的時候,其解算精度也逐漸趨于穩(wěn)定[7]。因此上述像控點密度已經(jīng)足夠滿足測量精度的要求,一般無須再次加密。

(3)內(nèi)業(yè)初選及外業(yè)定點

像控點內(nèi)業(yè)初選可利用奧維地圖,按照上述要求進行像控點選擇。

打開奧維地圖,在“視圖”菜單下,選中“比例尺網(wǎng)格”,將網(wǎng)格間距設(shè)為100 m左右,即每個網(wǎng)格代表實地100 m×100 m。然后根據(jù)選定的像控點間距(150～200 m)在適當?shù)奈恢眠x擇像控點點位。

將選中的點位導出“.kml”文件,然后導入手機奧維地圖進行外業(yè)實地定點。

(4)像控點標志

經(jīng)過實踐比較,采用紅漆在道路上布設(shè)2個三角形像控點的效果較好,為方便內(nèi)業(yè)刺點,可在標志旁邊將點號寫上。

5 像控點測量

像控點測量使用RTK,采用強制對中桿測量像控點中心坐標,每個點位進行2～3個測回操作,取平均值作為真值,將控制點精度控制在2 cm以內(nèi)[8-10]。

6 數(shù)據(jù)處理

(1)差分解算

基于飛馬D200航攝系統(tǒng)無人機管家的智理圖模塊進行融合差分全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，GPS)解算,得到5個相機的精確曝光定位信息。

(2)坐標轉(zhuǎn)換

POS數(shù)據(jù)為WGS84坐標,坐標轉(zhuǎn)換的目的在于將WGS84坐標轉(zhuǎn)換為與控制點在同一坐標系下的坐標。

(3)空三解算

使用ContextCapture軟件,分別將5個鏡頭的影像和POS數(shù)據(jù)導入,然后導入像控點進行刺點。

因傾斜攝影影像重疊度較高,同一個像控點在很多張照片上均能找到,實際刺點中無需將每張照片都刺上,一般每個鏡頭選取6張不同拍攝角度的照片進行刺點即可。刺點完成后進行空中三角測量。

空三結(jié)束后,須查看空三精度。

(4)三維重建

采用ContextCapture軟件進行高精度三維模型的生成,模型輸出格式選擇“OSGB”,可用于三維測圖軟件使用。

(5)模型精度檢查

三維重建后,必須對模型精度進行檢查?？蓪⒛Ｐ蛯隕PS中,讀取布設(shè)的檢查點的三維坐標,與實測的坐標進行對比。

(6)EPS測圖

將模型導入EPS進行裸眼測圖,進行房屋采集,對于遮擋區(qū)域則需進行外業(yè)調(diào)繪與補測,完成地籍圖的繪制。

7 實地驗證

以目前正在開展的房地一體農(nóng)村不動產(chǎn)登記項目為例。

(1)測區(qū)概況

測區(qū)位于江蘇省徐州市,面積約0.4 km2,房屋較密集,整體較為平整,平均高程約40 m。

(2)坐標系統(tǒng)

采用CGCS2000國家大地坐標系,中央子午線117°。

(3)航飛設(shè)計

采用飛馬D200航攝系統(tǒng)搭載五鏡頭。地面分辨率設(shè)為1.5 cm,航向重疊度為80%,旁向重疊度為78%,根據(jù)式(1),計算航高為134.6 m。

根據(jù)式(2),可計算一張像片在飛行方向上(高度方向)覆蓋的距離Sp=60 m,在寬度方向上覆蓋的距離Sq=90 m,一張像片覆蓋的地面面積為5 400 m2。

(4)像控點布設(shè)

像控點按照150 m左右的間距布設(shè),盡量布設(shè)在道路上,測區(qū)共布設(shè)24個像控點(K1～K24),同時均勻布設(shè)9個檢查點(J1～J9),具體分布見圖4所示。

圖4 測區(qū)像控點和檢查點布設(shè)圖

(5)空三計算

首先利用基于無人機管家的智理圖模塊進行融合差分GPS解算,得到5個相機的精確曝光定位信息。解算結(jié)果為五組POS數(shù)據(jù)及天線相位中心。

利用ContextCapture軟件進行空三處理。分別導入五組鏡頭的影像和POS數(shù)據(jù),導入像控點進行空中三角測量。

控制點和檢查點空三平面精度見表2、表3所示。

表2 控制點空三平面精度

表3 檢查點空三平面精度

(6)三維重建

從表2、表3可以看出,控制點和檢查點空三中誤差分別為0.008 m和0.024 m,精度較好,可以進行三維重建。采用ContextCapture軟件,模型輸出格式選擇“OSGB”,三維重建效果見圖5所示。

圖5 三維重建效果圖

將生成的三維模型導入EPS中,讀取布設(shè)的檢查點的坐標,與實測的檢查點坐標進行對比,計算檢查點坐標平面位置中誤差為0.03 m,結(jié)果見表4所示。

表4 三維模型檢查點平面精度

從表4可以看出,三維模型精度較好,可以用來進行三維測圖。

(7)三維測圖

將模型導入EPS軟件,利用五點房或者按下鍵盤左邊的CRTL鍵,利用面片的方法來繪制房屋。

(8)成果檢驗

為驗證EPS繪制的成果是否滿足房地一體農(nóng)村不動產(chǎn)發(fā)證測繪精度的要求,在測區(qū)內(nèi)均勻選取25個房屋界址點(F1～F25),利用全站儀進行實測,將實測的結(jié)果和EPS繪制的房屋界址點成果進行平面坐標比對,計算點位中誤差。選取的25個房屋界址點分布見圖6所示,點位中誤差為0.037 m,計算結(jié)果見表5所示。

圖6 房屋界址檢查點分布圖

表5 房屋界址檢查點平面精度

從表5可以看出,EPS繪制的房屋界址點精度能夠滿足房地一體農(nóng)村不動產(chǎn)登記測繪5 cm的精度要求。

8 結(jié)束語

無人機傾斜攝影測量應用于房地一體農(nóng)村不動產(chǎn)登記項目,飛行設(shè)備一般選擇旋翼無人機加載五鏡頭傾斜相機,差分模式最好采用PPK;地面分辨率應優(yōu)于2 cm(實際工作中一般取1.5～1.6 cm);航向重疊度一般為80%～85%,旁向重疊應大于75%;像控點一般150～200 m布設(shè)一個,四周和中間均勻布設(shè);像控點測量應使用RTK采用強制對中桿測量像控點中心坐標,每個點位進行2～3個測回操作,取其平均值作為真值,將控制點精度控制在2 cm以內(nèi)。實踐證明,控制好上述關(guān)鍵點,生成的成果完全能夠滿足房地一體農(nóng)村不動產(chǎn)登記測繪精度的要求。