萬 凱 王 靜

1. 湖南省地球物理地球化學調(diào)查所 湖南 長沙 410000

2. 湖南省第三測繪院 湖南 長沙 410000

1 前言

在當前的測量工作中，房地一體化項目是測量工作中的重要內(nèi)容，從整體上來說，房地一體化測量工作就是繪制房屋不動產(chǎn)外觀幾何結構特征以及周邊地形情況的一項基本型測量工作，但是從工作實際情況來看，房屋所處的環(huán)境、地形都相對比較復雜，尤其是對于農(nóng)村地區(qū)來說，如果使用傳統(tǒng)的全站儀設備進行測量，不但需要耗費大量的人力和物力，而且容易產(chǎn)生較大的測量誤差[1]。在當前科學技術飛速發(fā)展的背景下，無人機開始應用到測量工作之中，尤其是無人機傾斜攝影測量技術在房地一體化項目中體現(xiàn)出了強大的優(yōu)勢。無人機傾斜攝影測量技術利用無人機的飛行平臺搭載多個不同角度的光學傳感器，能夠全方位、無死角地對地形、地貌的信息進行采集，同時結合后臺的計算機處理技術，將獲取的坐標、高度數(shù)據(jù)、方位角等關鍵性信息進行綜合分析，從而構建出測量對象的三維模型，為不動產(chǎn)確權以及房屋數(shù)字登記工作帶來了極大的便利。

2 無人機傾斜攝影測量技術要點分析

2.1 傾斜攝影測量原理分析

在目前的土地測量工作中，傾斜攝影測量技術已經(jīng)有著非常廣泛地應用，該技術主要是通過使用專業(yè)的測繪軟件對無人機獲取到的坐標信息、高度信息、姿態(tài)情況以及影像等原始數(shù)據(jù)進行綜合性地處理，然后得到對應物的詳細信息并且構建出三維模型的過程。在三維坐標信息的確定中，無人機可以利用飛行平臺來獲取與記錄同一地點不同角度的影像信息，接著使用密集匹配算法，從而進行多角度的影響匹配，得出測量地點建筑物的三維坐標信息[2]。從整體上來說，無人機與傾斜攝影測量技術結合起來能夠充分地發(fā)揮出傾斜攝影測量技術的優(yōu)勢，而且能夠將傳統(tǒng)的二維數(shù)據(jù)信息轉化為三維數(shù)據(jù)信息，結合計算機信息技術進行三維建模，從而為房地一體化項提供更加準確、高質(zhì)量的數(shù)據(jù)信息。從細節(jié)上來說，該技術需要在同一飛行平臺搭載多臺傳感器，一般為5臺。從垂直、傾斜等不同的角度來采集相關的信息，其中，垂直地面方位拍攝的影像為正片、鏡頭與地面呈夾角拍攝的稱之為斜片，而斜片中又可分為前視、后視、左視、右視，無人機傾斜攝影測量工作中首先要使得各個相機之間實現(xiàn)同步處理，然后啟動計算機控制系統(tǒng)對于無人機飛行以及測量過程中的測量姿態(tài)、位置參數(shù)進行有機地調(diào)整，由計算機控制臺發(fā)出相應的指令信息傳送到多臺相機中，再由相機完成同步數(shù)據(jù)的采集過程[3]。最后，在數(shù)據(jù)采集完畢之后，獲取的影響會傳輸?shù)酱鎯ρb置中，接著通過后臺的處理即可生成需要的三維數(shù)據(jù)模型。

2.2 無人機傾斜攝影測量技術優(yōu)勢

首先，無人機傾斜攝影測量技術應用在房地一體化項目中具有技術方面的優(yōu)勢，無人機能夠全方位、無死角地獲取信息，并且還可以通過運動、視角以及視點的變化來準確地獲取同一建筑物不同角度的影像，能夠進行準確地、逼真地三維模型重建，為測量人員提供更多的有用信息[4]。其次，傾斜攝像機可以與無人機結合起來，無人機在工作的過程中能夠更加靈活、方便地轉換各種視角獲取各類信息，與傳統(tǒng)的測量技術相比，無人機在測量過程中可以獲取精度較高的姿態(tài)數(shù)據(jù)，同時利用機載差分數(shù)據(jù)來獲取更為精確的位置信息。在整個無人機工作的過程中，無人機能夠有效地縮短獲取數(shù)據(jù)的時限，大大地降低了測量所需的成本。在近些年的發(fā)展中，計算機信息技術也在不斷地更新升級，計算機中的數(shù)據(jù)處理軟件的集成化、自動化程度也越來越高，在無人機獲取數(shù)據(jù)之后，后臺的計算機處理平臺能夠在較短的時間內(nèi)對數(shù)據(jù)進行處理，三維重建軟件也能夠實現(xiàn)最低成本的三維建模。此外，無人機的應用極大地便利了房地一體化項目測量工作，無人機在工作中能夠較大程度地節(jié)省人力、物力，提高測繪工作的效率，在房地一體化項目中，很多項目在郊區(qū)或者農(nóng)村地區(qū)，若使用傳統(tǒng)的測量方式往往效率低下，而無人機的使用則可以避免這一問題，能夠更好地協(xié)調(diào)鄉(xiāng)郊地區(qū)測量工作中內(nèi)外業(yè)的銜接，也避免了天氣因素對測量工作的影響[5]。同時，該技術在應用中也具有重復性的特點，三維模型和正射影像均可以在不同的場景中切換使用，滿足了房地一體化項目測量中不同地點的不同測量需求。最后，無人機傾斜攝影技術操作性良好，能夠對業(yè)外測量工作的應急情況進行有效地處理，對于得到的實物地點信息能夠快速地采集和快速地繼承，能夠為房地一體化工作提供有效地依據(jù)，同時也大大地提升了應急響應的效率。

3 案例分析

3.1 項目總體情況

本次房地一體化測量項目位于某市的一個鎮(zhèn)，測量地區(qū)東經(jīng)112.14 度，北緯34.75度，在本案例的測量過程中，使用的是大疆經(jīng)緯M600無人機以及紅鵬小金牛AP3400R PRO三鏡頭傾斜相機進行拍攝與測量。該鎮(zhèn)位于縣城的中心位置，主要地貌特征為丘陵，地勢相對來說比較平坦，在本次的測量中，將所測量區(qū)域劃分為4個區(qū)域塊，一種采取了20架次來進行飛行拍攝，航飛的高度約180米左右，航測的作業(yè)面積為3.2平方千米，航向重疊度為85%，旁向重疊度為80%，在本次的測量作業(yè)中一定獲取了照片73000張。

3.2 測量點的設置

由于本項目所規(guī)定的時間總體來說比較短，因此必須在有效地時間內(nèi)提高測量的精確度，同時也要降低地面控制點布設的數(shù)量密度，盡可能地減少外業(yè)作業(yè)的工作量。結合以上考慮，在本次測量工作中，POS使用機載差分的高精度數(shù)據(jù)，同時，保證了每一次單飛的質(zhì)量，確保單架次航測區(qū)域的像控點數(shù)量在6個以上。對于區(qū)域之間的重疊面積來說，在航架次之間設置重疊的區(qū)域，邊緣的控制點要保證在兩相交架次之間，航向上兩條航帶，旁向上兩條基線。在精度的設置上，像控點的平面點位精度和高程點位精度應當均小于5厘米[6]。

3.3 數(shù)據(jù)的獲取

結合上述的分析可以知道通過無人機傾斜攝影測量技術可以獲取大量的數(shù)據(jù)信息，對得到的數(shù)據(jù)信息進行分類處理，將照片位置信息、原始航測攝影數(shù)據(jù)信息、相片控制測量數(shù)據(jù)信息、姿態(tài)數(shù)據(jù)信息等分類，然后使用無人機傾斜攝影測量后臺中全球導航定位系統(tǒng)以及慣性導航系統(tǒng)對得到的數(shù)據(jù)信息進行分析與處理[7]，從整體上看，在本次的測量項目中，無人機的航測效果良好，整個飛行過程中穩(wěn)定且高效，航向重疊以及旁向重疊科學、合理，最終得到的影像信息色彩均勻、層次鮮明、紋理清晰，為后續(xù)的計算、建模工作打下了堅實的基礎[6]。

3.4 三維模型的構建

在本次測量過程中，一共獲取了20個架次的數(shù)據(jù)，從整體上來看，數(shù)據(jù)量比較大，為了在短時間內(nèi)完成數(shù)據(jù)的處理過程本次測量使用了集群建模的方式來進行三維模型的構建，從而實現(xiàn)短時間的數(shù)據(jù)處理。其中，內(nèi)業(yè)的處理將其分為六個模塊，在該部分的處理中進行空三處理，每個模塊中需包含三個架次，且每三個架次為相鄰連接的航攝區(qū)域。接著，就進行建模的過程。建模過程的主要步驟如下。第一，航飛POS導入到后臺的奧維地圖之中，按照上述分模塊的情況，將連續(xù)三個架次的航測情況歸納為一塊作業(yè)區(qū)。第二，在Context Capture中創(chuàng)建新的工作，結合本次項目的特點，工作人員需要創(chuàng)建6個block，然后將得到的影像數(shù)據(jù)導入其中，同時也將POS數(shù)據(jù)也導入到該系統(tǒng)之中，在數(shù)據(jù)傳輸完畢之后，使用空中三角進行測量處理。第三，將無人機航拍所獲得的相控數(shù)據(jù)導入到計算機系統(tǒng)之中，而且針對每一個block點進行像控刺點，在刺點做好之后再次提交空中三角測量處理。第四，在上述步驟的空三處理完畢之后，工作人員需要從精度這方面來進行檢查，嚴格控制相片控制點的精度，一般來說誤差在0.5以下的符合本次測量的總體要求，如果超過0.5的話則需要重新刺點，在上述的精確度工作也處理完畢之后，再次進行空三處理，直至最終得到的所有控制點精度符合本次測量的要求后才能夠停止本項工作。第五，在上述四個步驟全部完成之后，工作人員需要對系統(tǒng)得到的所有數(shù)據(jù)進行整合處理，將6個block合并處理，然后由后臺系統(tǒng)生成模型。在上述的五個操作步驟中均是在計算機集群技術的支持下完成的，最終可以得到該鎮(zhèn)的三維模型，模型整體逼真、可靠、精確。

3.5 平面圖的繪制

在三維模型構建完畢之后，工作人員就需要著手開始平面圖的繪制。在繪制過程中，需要對得到的三維模型以及正射影像等數(shù)據(jù)進行分析與研究，在確定好相關的關鍵點之后，使用Cass 3D裸眼測圖軟件打開上述建立好的三維模型[8]，工作人員通過該軟件來完成整個三維圖的采集過程，結合目前國家的繪制標準來實現(xiàn)整個平面圖的繪制。

3.6 精確度的檢驗

在三維模型構建、平面圖的繪制全部完成之后，工作人員則需要對繪制的最終平面圖進行精確度地檢驗，確保繪制的成果能夠達到生產(chǎn)的要求，一般來說，目前對于平面圖精確度的檢驗需要從平面位置精度檢驗和高度精度檢驗兩個方面進行[9]。工作人員的具體操作為：使用Context Capture建模，然后在系統(tǒng)中生成osgb格式的tile模型文件，同時也在系統(tǒng)中導出metadata.xml拓展標記的語言，然后在Cass 3D裸眼測圖軟件中將導出的metadata.xml拓展標記語言打開，點擊直接加載三維傾斜實景模型即可。

在本項目中，以房屋的朝向為正方向，左上角墻角的位置設立空間直角坐標系（x,y），地面的一層到二層的高度設置為高程坐標（z），接著就需要將得到的平面圖進行精確度地檢查，在Cass 3D裸眼測圖軟件中對比實景模型中檢查點的三維坐標和實測坐標值的情況，通過兩者之間的差距來得出平面位置和高程中的誤差情況，在本項目中，為了使得精確度更高，工作人員隨機地抽取了6個作業(yè)區(qū)中的三十個房角作為主要的觀察點，在每個block中選取5個，從而對比得出平面位置以及高程中的誤差情況。

結合三維坐標與實測坐標值的情況，得出了誤差值，其中誤差值均小于0.5，證明了本項目的精度符合相關的要求，同時該測量結果也滿足了該項目的測量規(guī)范。

4 結論

在當前的測量工作中，無人機傾斜攝影測量技術的應用十分廣泛，尤其是在房地一體化項目中展現(xiàn)出強大的技術優(yōu)勢，而且該技術也推動了攝影測量技術的發(fā)展與進步，使得測量數(shù)據(jù)更加全面、準確，很好地彌補了傳統(tǒng)測量工作的不足，對于國家測量工作的高效、有序開展提供了強有力的支持。在本文的案例研究中，使用無人機傾斜攝影測量技術對于該鎮(zhèn)的房地一體化項目進行了測量與研究，得出了很好的結果，其中該技術實現(xiàn)了高效化的三維建模，能夠1:1真實地還原出房屋的情況以及周圍建筑物的情況，節(jié)省了大量的人力物力，減少了工作人員野外工作的工作量，顯著地提升了房地一體化測量工作的效率。其次，在本項目中，抽取了30個檢查點進行精確度地檢驗，使用了Cass 3D裸眼測圖軟件來完成整個誤差對比過程，得到了平面位置以及高程中的誤差情況，最終結果顯示，誤差值均小于0.5，再次說明了該技術的準確性，此外，本次項目的時間要求較短，在測量中使用了集群建模的方式來完成建模過程，節(jié)省了大量的時間。總而言之，無人機傾斜攝影測量技術應用效果良好，有著很好的應用前景，可以在房地一體化項目中推廣使用。