陳則剛CHEN Ze-gang

（湖南省生態(tài)地質(zhì)調(diào)查監(jiān)測所，長沙 410119；湖南中核建設(shè)工程有限公司，長沙 410119）

0 引言

為貫徹落實（中發(fā)〔2019〕1 號）和（湘發(fā)〔2019〕1 號）、《自然資源確權(quán)登記局關(guān)于進一步做好農(nóng)村不動產(chǎn)確權(quán)登記工作的通知》（自然資登記函〔2019〕6 號）和《湖南省自然資源廳關(guān)于印發(fā)湖南省農(nóng)村宅基地房地一體確權(quán)登記實施方案的通知》（湘自然資發(fā)〔2019〕29 號）等要求，湖南各地自然資源主管部門大力推進農(nóng)村宅基地房地一體確權(quán)頒證相關(guān)工作，由于房地一體項目時間緊，任務(wù)重，而對于其采用解析法不動產(chǎn)測量技術(shù)部分，是此項工作的一大難點，對于一些城鎮(zhèn)開發(fā)邊界內(nèi)，例如集鎮(zhèn)、房屋密集等區(qū)域，采用傳統(tǒng)的解析法作業(yè)在時間和效率上已然不能滿足要求，然而三維傾斜攝影測量技術(shù)能很好的解決這一問題。

1 現(xiàn)狀及困難

目前隨著各地房地一體項目解析法技術(shù)工作的展開，各地進行項目作業(yè)基本可以分為兩個大類，一種就是傳統(tǒng)RTK+全站儀的數(shù)字采集方式，另一種就是新型測量技術(shù)，比如無人機等。對于傳統(tǒng)的RTK+全站儀的作業(yè)方式來說目前存在著以下幾個問題：

問題一：作業(yè)流程復(fù)雜，生產(chǎn)效率低下：同時需要滿足界址點中誤差5cm 精度，所以需要大量的外業(yè)團隊和多年生產(chǎn)經(jīng)驗的內(nèi)業(yè)人員，從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本很高。

問題二：環(huán)境復(fù)雜，反復(fù)折騰：地籍測量項目因外業(yè)作業(yè)周期較長，作業(yè)方式較為復(fù)雜。當(dāng)測區(qū)地物靠近水邊不便測量、戶主不在家等測量工作進度也受到影響，難以高效快速的完成生產(chǎn)任務(wù)。

問題三：外業(yè)工作時間長，易受環(huán)境影響：遇到雨雪天氣，外業(yè)作業(yè)受到拖延，甚至說是無法進行，拉長周期增加生產(chǎn)成本，外業(yè)做完晚上回去還要畫圖，作業(yè)人員生產(chǎn)壓力大，團隊流動性強。

2 三維傾斜攝影測量技術(shù)原理

傾斜攝影技術(shù)是在攝影測量技術(shù)之上發(fā)展起來的，和攝影測量不同的是：傾斜攝影是通過在同一飛行平臺上搭載集成多個傳感器，一般為集成的五鏡頭，同時從不同角度進行拍攝。垂直地面角度拍攝獲取的影像稱為正射影像（一組影像），鏡頭朝向與地面成一定夾角拍攝獲取的影像稱為斜片（四組影像）。以傾斜攝影技術(shù)來獲取影像數(shù)據(jù)作為素材，進行人工或自動化加工處理后得到的三維模型數(shù)據(jù)的過程，我們稱之為“傾斜攝影建?！??？赏ㄟ^三維模軟件生產(chǎn)出模型，模型生產(chǎn)成本低、周期短、表達更加直觀。自動化建模工藝流程一般會經(jīng)過多視角影像的幾何校正、聯(lián)合平差等處理流程，可運算生成基于影像的超高密度點云，點云構(gòu)建TIN 模型，并以此生成基于影像紋理的高分辨率傾斜攝影三維模型，因此也具備傾斜影像的測繪級精度。傾斜攝影自動化建模及其成果，對比人工建模過程，具備“三高一低“的特點，即：高效率、高精度、高真實感和低成本。

3 三維傾斜攝影技術(shù)在新化縣房地一體項目中應(yīng)用案例

本文以新化縣圳上鎮(zhèn)久大村和鼎英村農(nóng)村房地一體測量為例，測區(qū)約2000 宗宅基地，本次采用三維傾斜攝影測量技術(shù)和傳統(tǒng)的RTK+全站儀測量技術(shù)進行對比，本次測繪分別分為測區(qū)踏勘、航線規(guī)劃、像控點布設(shè)、無人機航飛、三維建模、圖形矢量化采集、精度驗證等七個步驟。

3.1 測區(qū)踏勘

開始作業(yè)前，須對測區(qū)環(huán)境的踏勘，是安全作業(yè)的前提。提前了解測區(qū)環(huán)境，有助于高效率安全的作業(yè)。

①常規(guī)做法是到現(xiàn)場實地踏勘當(dāng)?shù)氐匦螐?fù)雜程度、房屋密集程度等，需要注意測區(qū)內(nèi)最高地物，也可以借助大疆精靈進行探高（建筑、最高樹、高壓線、信號塔等）。

②目前有谷歌地球、奧維地圖等工具存在可在室內(nèi)獲取需要的測區(qū)信息，方便提前在室內(nèi)就規(guī)劃好航線。將kml 范圍線導(dǎo)入谷歌地球中，在范圍中大概均勻畫幾條線，以獲取測區(qū)內(nèi)大概的地形起伏，高差情況。

圖1 農(nóng)村房地一體化權(quán)籍調(diào)查工作技術(shù)路線圖

③另外關(guān)注測區(qū)是否在機場、軍事區(qū)等敏感區(qū)域附近。

3.2 航線規(guī)劃

在對測區(qū)進行踏勘之后，就可以進行航線規(guī)劃，本項目地面分辨率設(shè)計為0.015m，航線需要完全覆蓋航拍區(qū)域；根據(jù)現(xiàn)場地形，風(fēng)速以及無人機狀態(tài)制定合理的航線規(guī)劃。

航線設(shè)計主要涉及三個方面：范圍、航高和重疊度?？紤]到大部分五鏡頭相機側(cè)向鏡頭傾斜角度為45°，所以航飛范圍一般是在測區(qū)范圍的基礎(chǔ)上四周各外擴一個航高的距離；航高實際上影響的是地面分辨率，根據(jù)理想情況下精度≈分辨率的2-3 倍，所以為了保證5cm 的精度，一般地面分辨率設(shè)置為1.5cm 左右；為了保證最終模型的精細(xì)度，航向/旁向重疊度一般不小于80/75。需要特別注意的是，1.5cm 的分辨率對應(yīng)的航高在100m 左右，在作業(yè)前要注意測區(qū)內(nèi)的建筑物要在二三十米以下，測區(qū)相對平坦；如果測區(qū)有比較大的起伏建議使用自適應(yīng)地形飛行或者分段作業(yè)并加大重疊度。

3.3 像控點布設(shè)

在測區(qū)內(nèi)進行像控點布設(shè)，采用RTK 連接HNCORS系統(tǒng)對像控點進行坐標(biāo)采集，像控點應(yīng)均勻布置在測區(qū)內(nèi)，且必須滿足相應(yīng)技術(shù)規(guī)范。

像控點布設(shè)的基本要求：

①按照150m*150m 的格網(wǎng)進行像控點布設(shè)，平均1平方公里布設(shè)約60 個像控點（無差分情況，如果有差分可視差分效果減少50%-80%）。

②在像控實際點位附近選擇硬質(zhì)地面，而且盡量選擇空曠區(qū)域，在要布設(shè)像控的點位上方不要有電線樹枝等遮擋。使用油漆按照50cm*50cm 大小刷出地面標(biāo)識（寧可大不可?。⒊龅牡孛鏄?biāo)識要外邊線平直，外角清晰。

③在測量像控點坐標(biāo)時最好使用三腳架+基座+RTK，其次是使用支架+對中桿+RTK，最次是使用對中桿+RTK。在測量時要多次測量去掉異常值后取平均值。

④像控點精度是基礎(chǔ)。最低要求5 次平滑后取平均值。

3.4 無人機航飛

圖3 三維傾斜建模

在前期準(zhǔn)備工作全部完成后，檢查無人機狀態(tài)，確認(rèn)無誤后就可以進行航飛，在外業(yè)航飛前需特別注意以下情況：

3.4.1 環(huán)境方面

①應(yīng)盡量在天氣晴朗，無風(fēng)或者微風(fēng)進行航飛；

②空氣通透度良好，無霧霾、濃煙；

③關(guān)注室外氣溫，衡量對電池續(xù)航的影響；

④測區(qū)內(nèi)是否有高大地物，必須用精靈巡一下測區(qū)；

⑤起飛場地周圍是否空曠，避開狹窄、人員多、車流量大的地方；

⑥在確認(rèn)以上幾點沒問題后，盡量在一天中的9 點-15 點作業(yè)。當(dāng)然，可根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)緯度、季節(jié)、天氣、工期等條件不同調(diào)整作業(yè)時間段。

3.4.2 無人機細(xì)節(jié)檢查

①檢測是否組裝好無人機和五鏡頭相機；

②通電檢查無人機各個傳感器狀態(tài)是否正常；

③地面測試五相機拍照性能是否正常，存儲卡剩余空間大小起飛后細(xì)節(jié)檢查；

④無人機及相機狀態(tài)正常后，執(zhí)行起飛動作，進行外業(yè)數(shù)據(jù)采集；

⑤巡航過程中持續(xù)關(guān)注無人機電池電量、高度和姿態(tài)信息。

3.5 三維建模

在完成外業(yè)工作后，進行數(shù)據(jù)導(dǎo)出，在內(nèi)業(yè)采用Contextcaptuer 實景建模大師軟件進行傾斜建模，這套軟件是是市場主流建模軟件、它具有虛擬現(xiàn)實以及計算機幾何圖形算法的全自動高清三維建模軟功能，它在諸多使用性能上等代表了目前全球相關(guān)技術(shù)的最高水準(zhǔn)。三維傾斜建模的技術(shù)路線圖如圖2。

圖2 三維傾斜建模工作流

3.6 矢量化圖形采集

生產(chǎn)出合格的三維模型數(shù)據(jù)之后，可將其導(dǎo)入到SkyPhoto-Map3D 裸眼3D 軟件進行圖形數(shù)據(jù)采集，宗地界址點以主要建筑物的滴水范圍先進行采集，房屋房角為界進行采集。

3.7 精度驗證

3.7.1 空三結(jié)果精度檢查

引用規(guī)范：地籍平面控制點相對于起算點的點位中誤差不超過±0.05m

控制點的平面及高程殘差不要超過成果中誤差的1/2，即需小于0.025m。實景三維模型必須和控制點、檢查點套合，確認(rèn)精度沒有問題（偏差小于5 公分）再開始矢量化作業(yè)。

3.7.2 矢量化成果精度檢查

根據(jù)《數(shù)字測繪成果質(zhì)量檢查與驗收》（GB/T 18316-2008）中的檢查驗收規(guī)定，選取了50 個均勻分布測區(qū)的界址點進行精度對比分析，采集模型成果上面的檢查點的坐標(biāo)并與實測得到的檢查點坐標(biāo)進行點位的中誤差計算，通過統(tǒng)計對比分析，得出點位中誤差為0.023m，其精度是優(yōu)于規(guī)范要求的精度，但發(fā)現(xiàn)有少部分界址點較差超出0.05m，分析原因及注意事項如下：

①天氣：要求滿足天氣晴朗，飛行航拍照片ISO 必須小于400。

②飛行高度：飛行高度影響飛行的照片分辨率，要滿足1：500 成圖要求，分辨率必須小于1.5cm，也就是說使用單個鏡頭是2400 萬像素的情況下，飛行高度必須要低于96m。

③像控點數(shù)量以及像控點布設(shè)的合理性：通過測試我們了解到要滿足1：500 的精度要求，像控點必須滿足150m 以內(nèi)一個，同時要做到在整個測區(qū)內(nèi)均勻分布。

④飛機飛行的穩(wěn)定性以及五鏡頭的成像品質(zhì)：這些同樣是影響成圖精度的關(guān)鍵因素。

⑤部分區(qū)域樹木遮擋，在內(nèi)業(yè)三維模型矢量采集時，精度相對較差，飛機在飛行過程中，可能在這一區(qū)域內(nèi)機身姿態(tài)保持較差，也會影響模型精度，從而影響點位精度。

3.8 效率對比

①本測區(qū)約2000 宗宅基地，此次采用無人機三維傾斜攝影技術(shù)，耗時6 天，投入人員5 人，外業(yè)航飛一天，內(nèi)業(yè)空三建模和矢量化數(shù)據(jù)采集耗時5 天，經(jīng)檢查，所采集的界址點精度是滿足項目所要求的精度。

②如采用傳統(tǒng)的RTK+全站儀數(shù)字采集的技術(shù)手段，在投入5 人的情況下，則需要耗時25 天左右，采用傳統(tǒng)作業(yè)方式，受天氣的影響，其中在集鎮(zhèn)人員密集區(qū)，人員及測量儀器安全的也會響應(yīng)作業(yè)進程。

4 結(jié)語

通過上述案例可以看出，采用無人機三維傾斜攝影測量技術(shù)能滿足房地一體解析法不動產(chǎn)測量精度要求，在滿足精度的基礎(chǔ)上，采用三維傾斜攝影測量技術(shù)能極大的提高工作效率，縮短工期，同時生產(chǎn)出來的成果（宗地圖、房產(chǎn)圖、三維模型）也更加直觀，這項技術(shù)為新化縣農(nóng)村房地一體工作提供強有力的技術(shù)保障。