范印 李梁 劉登飛 張克

摘 要：無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)村房地一體化測(cè)繪工作中，能夠大大減少外業(yè)工作量，有效提升測(cè)繪效率，為農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)確權(quán)、房屋數(shù)字化登記管理等工作提供有力的技術(shù)支撐。文章介紹了無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)原理，并結(jié)合實(shí)際工程案例，探討具體做法，分析測(cè)繪成果精度，得到真實(shí)可靠的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量;房地一體;數(shù)字化登記

0引言

農(nóng)村房地一體化測(cè)繪是繪制房屋不動(dòng)產(chǎn)外觀幾何結(jié)構(gòu)特征及周邊地形的一項(xiàng)常規(guī)測(cè)量工作。農(nóng)村地區(qū)房屋的實(shí)際形狀和所處地形往往較為復(fù)雜，利用全站儀的傳統(tǒng)測(cè)繪方法外業(yè)工作量較大，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且容易產(chǎn)生較大的人工誤差。無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量是利用飛行平臺(tái)搭載多個(gè)不同角度的光學(xué)傳感器，多視角采集地物地貌信息，并結(jié)合坐標(biāo)、速度、高度、方位角等參數(shù)進(jìn)行分析，可視化地重建測(cè)區(qū)建筑物三維模型的一項(xiàng)技術(shù)。該技術(shù)在房地一體化測(cè)繪中的應(yīng)用，可以有效地提高房地測(cè)繪工作的精度和效率，優(yōu)化測(cè)繪數(shù)據(jù)的采集過程，同時(shí)內(nèi)業(yè)可以生產(chǎn)更直觀的正射影像圖和實(shí)景三維模型，為房地權(quán)屬調(diào)查帶來方便[1]。

1 無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量

1.1 傾斜攝影測(cè)量的原理分析

傾斜攝影測(cè)量是利用專業(yè)測(cè)繪軟件對(duì)無人機(jī)航拍時(shí)獲取的三維坐標(biāo)、高度、姿態(tài)以及影像等原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，得到對(duì)應(yīng)地物信息的一項(xiàng)數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)。通過無人機(jī)獲取同一地物在不同角度的影像信息，利用同名點(diǎn)坐標(biāo)，使用密集匹配算法，快速獲取多視角匹配影像，從而獲得地物的三維坐標(biāo)信息。無人機(jī)與傾斜攝影技術(shù)相結(jié)合，可以最大限度地發(fā)揮傾斜攝影技術(shù)優(yōu)勢(shì)，將影像二維特征轉(zhuǎn)化為三維特征，實(shí)現(xiàn)三維模型重建，為房地一體項(xiàng)目提供基礎(chǔ)測(cè)繪地理信息數(shù)據(jù)[2]。

1.2 無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在房地綜合測(cè)繪中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

（1）無人機(jī)傾斜攝影在房地一體化測(cè)繪項(xiàng)目中通過視點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)和視角的變化，可以獲得同一物體的不同影像，全方位、逼真地進(jìn)行三維重建，從而獲取所需的多種測(cè)繪信息。

（2）無人機(jī)可以作為傾斜攝像機(jī)的載體，快速轉(zhuǎn)換視角，并通過高精度的姿態(tài)數(shù)據(jù)和機(jī)載差分?jǐn)?shù)據(jù)獲得精確的位置信息。同時(shí)，縮短了獲取數(shù)據(jù)的時(shí)限，降低了攝影測(cè)量成本。目前，數(shù)據(jù)處理軟件具有較高的自動(dòng)化程度，省時(shí)省力，通過成熟的三維重建軟件可以實(shí)現(xiàn)低成本的三維建模。

（3）使用無人駕駛飛行器可最大限度地節(jié)省人力，提升測(cè)繪工作的效率，從而更好地協(xié)調(diào)鄉(xiāng)郊地區(qū)測(cè)繪工作的內(nèi)外業(yè)工作銜接，避免因天氣等因素延誤測(cè)繪工作。由于無人機(jī)野外作業(yè)效率較高，可以節(jié)省野外作業(yè)時(shí)間，提高野外作業(yè)效率，從而減少人為誤差對(duì)野外作業(yè)的影響。項(xiàng)目成果可重復(fù)利用，如正射影像和三維模型，還可以整合農(nóng)村住宅制圖成果，在不同應(yīng)用場(chǎng)景轉(zhuǎn)換使用。

（4）可以對(duì)突發(fā)情況進(jìn)行應(yīng)急處理，傾斜攝影設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)地物信息的快速采集和詳細(xì)信息的集成，為房地產(chǎn)管理部門的綜合集成等相關(guān)工作提供決策依據(jù)，并可用于提高應(yīng)急響應(yīng)效率[3]。

2 ? 應(yīng)用案例

2.1 項(xiàng)目概況

本工程為河南省平頂山市郟縣安良鎮(zhèn)房地一體化測(cè)圖項(xiàng)目，測(cè)區(qū)地處東經(jīng)113°0′40″-113°24′50″，北緯33°48′-34°10′之間，數(shù)據(jù)獲取設(shè)備采用大疆經(jīng)緯M600無人機(jī)+紅鵬小金牛AP3400R Pro三鏡頭傾斜相機(jī)進(jìn)行低空拍攝。

安良鎮(zhèn)區(qū)地處平原地區(qū)，地勢(shì)平坦，將測(cè)區(qū)分成4個(gè)區(qū)塊，18架次進(jìn)行飛行拍攝，航飛高度180 m，航向重疊度85%，旁向重疊度80%。航測(cè)作業(yè)面積3.2 km2，獲取航片共72 819張。

2.2 ?像控點(diǎn)布設(shè)和測(cè)量

為了有效降低地面控制點(diǎn)布設(shè)的數(shù)量密度，減少外業(yè)工作量，本項(xiàng)目POS使用機(jī)載差分的高精度數(shù)據(jù)。確保單架次航測(cè)區(qū)域像控點(diǎn)數(shù)量在6個(gè)以上。航測(cè)架次之間設(shè)置重疊區(qū)域，邊緣控制點(diǎn)確保位于兩相交架次之間，航向上兩條航帶，旁向上兩條基線。多架次航線規(guī)劃和像控點(diǎn)布設(shè)方案，像控點(diǎn)在測(cè)量過程中需控制其平面點(diǎn)位精度和高程點(diǎn)位精度都小于5 cm。

2.3 ?數(shù)據(jù)獲取

最終外業(yè)獲得的數(shù)據(jù)有照片的位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)、原始航攝影像數(shù)據(jù)、相片控制測(cè)量數(shù)據(jù)。通過對(duì)全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)（GPS）和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（IMU）進(jìn)行數(shù)據(jù)分析可以知道，該項(xiàng)目無人機(jī)航攝狀態(tài)穩(wěn)定、飛行航高穩(wěn)定、航向重疊和旁向重疊合理，影像紋理清晰、色彩勻稱、層次鮮明。

2.4 ?實(shí)景三維建模

本項(xiàng)目獲得18個(gè)架次數(shù)據(jù)，項(xiàng)目數(shù)據(jù)量較大，采用集群建模方式進(jìn)行實(shí)景建模，內(nèi)業(yè)在處理過程中分為6塊（block）進(jìn)行空三處理，每塊包含3個(gè)架次，每塊區(qū)域中， ? ?3個(gè)架次為鄰接連續(xù)的航攝區(qū)域。實(shí)景建模的過程如下：（1）航飛POS導(dǎo)入奧維地圖，將連續(xù)三架次數(shù)據(jù)歸納為一塊作業(yè)區(qū)。（2）在 Context Capture 中新建工程，創(chuàng)建6個(gè)block，導(dǎo)入影像數(shù)據(jù)、POS數(shù)據(jù)，進(jìn)行空中三角測(cè)量處理。（3）導(dǎo)入相控?cái)?shù)據(jù)，對(duì)每個(gè)block進(jìn)行像控刺點(diǎn)，刺好后再次提交空中三角測(cè)量處理。（4）空三結(jié)束后，檢查相片控制點(diǎn)精度，中誤差在0.5以下的符合要求，否則重新刺點(diǎn)，完成后再次提交空三，直至控制點(diǎn)精度滿足測(cè)圖要求。（5）全部完成后，將6個(gè)block合并，進(jìn)行模型生產(chǎn)。所有步驟全部基于計(jì)算機(jī)集群技術(shù)完成，最終得到安良鎮(zhèn)實(shí)景三維模型。

2.5 ?農(nóng)房不動(dòng)產(chǎn)平面圖繪制

得到測(cè)區(qū)實(shí)景三維模型、正射影像等數(shù)據(jù)后，采用Cass3D裸眼測(cè)圖軟件打開實(shí)景三維模型，測(cè)圖作業(yè)員在該軟件中進(jìn)行三維采集制圖，并根據(jù)實(shí)景模型和國家標(biāo)準(zhǔn)賦予房屋屬性信息。

2.6 ?成果精度檢測(cè)

實(shí)景三維模型生成之后，需要驗(yàn)證模型精度是否達(dá)到生產(chǎn)要求，三維模型精度驗(yàn)證包括平面位置精度驗(yàn)證和高程精度驗(yàn)證。Context Capture建模，生成包括osgb 格式tile模型文件和metadata.xml拓展標(biāo)記語言，在 Cass3D 中打開生成的metadata.xml文件，直接加載三維傾斜實(shí)景模型[4]。

以房屋朝向?yàn)檎较?，左上角墻角位置作為平面坐?biāo)（x，y），地面一層到二層高度作為高程坐標(biāo)（z），作為測(cè)區(qū)精度檢查點(diǎn)，在Cass3D中通過量測(cè)實(shí)景模型上檢查點(diǎn)的三維坐標(biāo)與實(shí)測(cè)坐標(biāo)值進(jìn)行對(duì)比，得到檢查點(diǎn)的平面位置和高程的中誤差。本文在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)隨機(jī)均勻抽取6個(gè)作業(yè)區(qū)內(nèi)30個(gè)房角作為檢查點(diǎn)，每個(gè)block區(qū)塊選取5個(gè)。通過比較得到實(shí)景三維模型精度計(jì)算結(jié)果，如表1所示。

由檢查點(diǎn)結(jié)果可知，x，y，z中誤差分別為：2.37 cm，2.03 cm，2.47 cm，本項(xiàng)目在無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)支撐下得到的實(shí)景三維模型精度符合《1∶500，1∶1 000， ? ? ? ? 1∶2 000地形圖航空攝影測(cè)量外業(yè)規(guī)范》（GB/T 7931—2008）和《房產(chǎn)測(cè)量規(guī)范》（GBT/17986—2000）的要求，滿足該生產(chǎn)項(xiàng)目需求。

3 結(jié)語

本文通過對(duì)無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在河南省平頂山市郟縣安良鎮(zhèn)房地一體化測(cè)圖項(xiàng)目中的應(yīng)用研究，得出以下結(jié)論：

（1）無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)通過高效的實(shí)景三維建模，1∶1比例還原真實(shí)農(nóng)房和周邊地物，讓測(cè)繪從業(yè)者從繁重的外業(yè)工作中解脫出來，大大提高了農(nóng)房不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪工作效率。

（2）在實(shí)景三維模型上均勻抽取了30個(gè)檢查點(diǎn)，在Cass3D中通過量測(cè)實(shí)景模型上檢查點(diǎn)的三維坐標(biāo)與實(shí)測(cè)坐標(biāo)值進(jìn)行對(duì)比，得到檢查點(diǎn)的平面位置和高程中誤差：mx=2.37 cm;my=2.03 cm;mz=2.47 cm，精度滿足生產(chǎn)項(xiàng)目需求。

[參考文獻(xiàn)]

[1]趙福超.無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在農(nóng)村房地一體測(cè)繪中的應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2020（24）：252-253.

[2]姚艷麗.基于集群技術(shù)的實(shí)景三維建模研究[J].路基工程，2020（6）：123-127.

[3]周永丹.淺談無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在大比例尺地形圖測(cè)繪中的應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2019（15）：238.

[4]丁鴿，彭健，焦明東，等.無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在超高層建筑竣工測(cè)量中的應(yīng)用[J].測(cè)繪地理信息，2019（3）：62-64.

（編輯 王雪芬）