王青林

（安徽首佳科技信息服務(wù)有限公司 安徽 合肥 230601）

0 引言

目前，我國將宅基地與房屋登記信息整合至統(tǒng)一的不動產(chǎn)登記平臺，這就需要在宅基地測繪的同時對地上的定著物、附著物進(jìn)行測繪[1]。以往的宅基地測量采用傳統(tǒng)的CPS-RTK 與全站儀實(shí)測法，面對全國龐大體量的宅基地，測量人員在傳統(tǒng)測量方法下很難高效完成不動產(chǎn)確權(quán)登記項目。隨著無人機(jī)平臺的發(fā)展成熟，測量人員利用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)可以快速地獲取到多角度的高分影像數(shù)據(jù)，而且還可以快速生成高精度實(shí)景三維模型[2]。測量人員對已生成三維模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行不動產(chǎn)要素采集，就省去過多的外業(yè)測量流程，提高了數(shù)據(jù)生產(chǎn)的效率與質(zhì)量。目前，我國絕大多數(shù)地區(qū)已采用該作業(yè)模式進(jìn)行不動產(chǎn)確權(quán)登記工作，并取得了較好的數(shù)據(jù)成果，為不動產(chǎn)統(tǒng)一登記提供了一套嶄新的解決方案。

1 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)

1.1 無人機(jī)技術(shù)

無人機(jī)（unmanned aerial vehicle，UAV）是新型的不需要載人駕駛的中小型飛行器，它可通過地面操作人員遠(yuǎn)距離遙控或者根據(jù)機(jī)載傳感器指令進(jìn)行自動飛行。無人機(jī)最早被應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，隨著通信、導(dǎo)航、工業(yè)制造等技術(shù)的不斷突破，無人機(jī)具有低成本、靈活便攜、低操縱門檻等特性，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于商業(yè)、娛樂、農(nóng)業(yè)、科研等領(lǐng)域。近年來，無人機(jī)航空攝影測量（簡稱無人機(jī)航測）技術(shù)也逐漸發(fā)展成熟。無人機(jī)航測技術(shù)集多項高新技術(shù)于一體，包括航空攝影測量技術(shù)、無人駕駛飛行技術(shù)、遙控遙測技術(shù)等[3]。其中，空中飛行平臺主要有自動控制系統(tǒng)、無人飛行器、非測量型高分辨率數(shù)碼相機(jī)等傳感器設(shè)備。無人飛行器主要用來搭載自動控制系統(tǒng)和數(shù)碼相機(jī)，作為任務(wù)設(shè)備，非測量數(shù)碼相機(jī)主要用來獲取高分辨率地面物體的影像，可通過定時或者定距來操作，具有高度自動化等特點(diǎn)；無人機(jī)自動控制系統(tǒng)能夠接受并處理控制指令，精確控制無人機(jī)按照設(shè)定的航線飛行，其主要由微處理器、GNSS 接收機(jī)和慣性導(dǎo)航模塊等傳感器組成。無人機(jī)自動控制系統(tǒng)可參照作業(yè)時發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速、風(fēng)速等氣象信息自動設(shè)定參數(shù)，地面控制系統(tǒng)發(fā)出指令后就能實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的遙控或自主飛行，保證飛行姿態(tài)，自動采集地面物體的影像數(shù)據(jù)。

1.2 傾斜攝影測量技術(shù)

傳統(tǒng)攝影測量技術(shù)在新時代測繪工作中應(yīng)用十分廣泛，通過這一技術(shù)可以更精確、高效地獲取地理信息要素。但是，隨著人們對精度要求的不斷提高，傳統(tǒng)航空攝影測量只能獲取正射影像的問題也逐漸暴露了出來。測量人員為了彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，傾斜攝影測量技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，該技術(shù)是國際遙感領(lǐng)域近年來新興發(fā)展的一項對地觀測技術(shù)。該技術(shù)有效融合了近景攝影測量與傳統(tǒng)航測技術(shù)的優(yōu)勢，但又與傳統(tǒng)航測只能單架次獲取地面物體下視影像不同。傾斜攝影測量是在飛行平臺上搭載傾斜、垂直等不同視角的航攝儀[4]，即增加了與下視方向成15°以上的前、后、左、右4 個傾斜鏡頭，再加上一個下視鏡頭共五個鏡頭同時曝光獲得每個視角的影像和曝光瞬間的POS 數(shù)據(jù)。無人機(jī)不僅能采集到地面物體的多視角高清立體傾斜影像，同時還能獲取到地物的側(cè)面紋理信息（見圖1）。所拍攝的影像再借助于全自動高性能后處理系統(tǒng)進(jìn)行批量定向和建模，可快速構(gòu)建出具有地物準(zhǔn)確位置和清晰紋理的高分辨率真三維場景。工作人員借助于專業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件不但可以實(shí)現(xiàn)地物的三維數(shù)字化精準(zhǔn)量測，還可進(jìn)一步生成多種數(shù)字化測繪產(chǎn)品，滿足各行各業(yè)的生產(chǎn)用圖需求。

圖1 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)

1.3 無人機(jī)傾斜攝影測量的優(yōu)勢

傾斜攝影測量自出現(xiàn)至今，已成為一項成熟的測繪手段。該項技術(shù)的提出，解決了以往航測過程中只能獲取地物垂直視角影像的缺點(diǎn)，可以同時獲取多視角影像，通過獲取的多角度影像可以快速地進(jìn)行實(shí)景三維模型的建立[5]?？傮w來說，無人機(jī)傾斜攝影測量的優(yōu)點(diǎn)有以下幾個方面：

（1）打破傳統(tǒng)。在傾斜攝影測量技術(shù)問世前，傳統(tǒng)的航測只能獲取垂直方向上的影像。測量人員利用傾斜攝影測量可以獲取多角度、高分辨率的影像，并且在二、三維之間可自由切換。有效解決了垂直航攝影像無法獲取到建筑物的側(cè)面和層高信息，測圖人員僅需要少量的外業(yè)調(diào)繪即可精確地測制出地形圖。

（2）低成本。無人機(jī)傾斜攝影測量系統(tǒng)具有很高的機(jī)動性和靈活性，而且操作簡單、數(shù)據(jù)采集效率高、可以單人作業(yè)，無論是從人力成本還是時間成本上都極大地減少項目投入的成本。

（3）測量工作無地域限制。以往的測量工作需測繪工作者在實(shí)地進(jìn)行測量，通過無人機(jī)攝影測量技術(shù)可以減少原有的外業(yè)工作量，將更多的工作轉(zhuǎn)至內(nèi)部操作，使得測量工作不受地域限制。

（4）自動化程度高。無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)數(shù)據(jù)處理過程無需過多的人工干預(yù)，可在全自動的模式下完成實(shí)景三維模型的建立。經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)相比人工建模，效率提高了2 倍以上，大大縮短了建模時間，節(jié)省了人力物力。

2 技術(shù)方案

2.1 項目介紹

某不動產(chǎn)確權(quán)登記項目利用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集后建立實(shí)景三維模型，然后利用Cass3D 軟件進(jìn)行不動產(chǎn)要素的采集并輸出成果，最后利用常規(guī)測繪儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)檢驗(yàn)，以驗(yàn)證無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在房地一體項目中的精度。

2.2 數(shù)據(jù)采集

（1）航線設(shè)計：測量人員按照項目劃定的測區(qū)范圍和地貌情況進(jìn)行航線設(shè)計，由于該項目地處環(huán)境較為復(fù)雜，所以航攝區(qū)域高差不能大于設(shè)計航高的1/6；為了保證航攝影像的重疊率，本次航測航向重疊度設(shè)置為65%，旁向重疊度設(shè)置為55%。

（2）像控點(diǎn)布設(shè)：測量人員以無人機(jī)航線規(guī)劃為前提條件。將本項目像控點(diǎn)針對性地布設(shè)在航線、航帶相接的區(qū)域，據(jù)此來完成航測內(nèi)業(yè)加密和測圖。在像控點(diǎn)布設(shè)之前一般以衛(wèi)星影像圖為底圖進(jìn)行預(yù)布設(shè)，再參照現(xiàn)場踏勘的地理位置布設(shè)具體的點(diǎn)位。待測區(qū)采用區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)，分為平面像片控制點(diǎn)和高程像片控制點(diǎn)。布設(shè)主要以靶標(biāo)為主，采用少量明顯地物（房角、渠道邊）等，測量的手段主要為GPS-RTK 快速測量方法施測。

（3）航攝：測量人員利用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行地面要素采集時主要通過在無人機(jī)平臺搭載四個傾斜方向和一個下視方向相機(jī)進(jìn)行影像拍攝。本案例中采用設(shè)備是大疆M300-RTK 無人機(jī)搭Share102SPm 五鏡頭傾斜相機(jī)。本案例中，無人機(jī)航飛的高度為200 m，獲取影像地面分辨率為0.05 m，航向重疊度為80%，旁向重疊度為70%。M300-RTK 無人機(jī)上的全球定位系統(tǒng)采用GPS+GLONASS+BeiDou+Calileo 多星定位技術(shù)，使得定位精度更高，相機(jī)曝光瞬間可以獲取精確的POS 數(shù)據(jù)。測量人員結(jié)合外業(yè)像控點(diǎn)的采集進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。在完成設(shè)備檢校、航線規(guī)劃、像控點(diǎn)布設(shè)等步驟后，便可擇機(jī)進(jìn)行外業(yè)航飛。外業(yè)航飛應(yīng)挑選天氣晴朗、空氣質(zhì)量良好、氣象條件溫和的時間窗口實(shí)施。執(zhí)飛時，無人機(jī)起、降方向應(yīng)考慮實(shí)地風(fēng)向設(shè)置，利用配套軟件實(shí)時監(jiān)測飛行狀態(tài)，如果在飛行期間遭遇多次嚴(yán)重瞬間大風(fēng)，應(yīng)考慮補(bǔ)飛。

2.3 數(shù)據(jù)處理

首先工作人員使用勻光軟件對航拍好的照片進(jìn)行色彩和曝光度等處理，使影像效果達(dá)到最佳狀態(tài)。采用無人機(jī)傾斜攝影測量方法建立實(shí)景三維模型的主要技術(shù)要點(diǎn)是影像采集、預(yù)處理、空中三角測量、TIN 網(wǎng)構(gòu)建、紋理映射等[6]。其中空中三角測量中主要技術(shù)包含影像內(nèi)定向、相對定向、同名點(diǎn)提取、光束法平差等?？罩腥菧y量是將處理后的相片導(dǎo)入空中三角測量軟件，只單純用無人機(jī)自帶的POS 進(jìn)行一次粗略的空三加密，便于控制片刺點(diǎn)影像與航片影像匹配，之后就要進(jìn)行像控點(diǎn)的刺點(diǎn)。通過自動計算DSM 點(diǎn)云和建筑物植被過濾，構(gòu)建TIN，根據(jù)TIN 創(chuàng)建DEM，然后將DEM 切割、融合并進(jìn)行邊緣裁切，設(shè)置參數(shù)并糾正，拼接勻色出圖生成DOM。本文采用南方測繪CASS9.1、AutoCAD 2004 軟件進(jìn)行大比例尺地形圖數(shù)據(jù)編輯，生成大比例尺地形圖。大比例尺地形圖矢量數(shù)據(jù)作業(yè)時首先根據(jù)立體影像判讀，并進(jìn)行地物、地貌矢量要素的采集形成航測數(shù)字化原圖。外業(yè)人員再對初編后的大比例尺地形圖原圖進(jìn)行現(xiàn)場補(bǔ)充核實(shí)，重點(diǎn)核實(shí)線狀地物、點(diǎn)狀地物、植被以及地名等要素，同時利用常規(guī)的方法補(bǔ)測新增地物，最后基于核實(shí)調(diào)繪后的成果進(jìn)行內(nèi)業(yè)編輯，生產(chǎn)出全要素的大比例尺地形圖。

2.4 精度分析

根據(jù)《城鎮(zhèn)地籍調(diào)查規(guī)程》(TD1001-93)，主要通過界址點(diǎn)精度與不動產(chǎn)單元面積的準(zhǔn)確度來衡量不動產(chǎn)測繪的精度[7]。為了驗(yàn)證通過無人機(jī)傾斜攝影測量模式獲取的不動產(chǎn)測繪精度，使用RTK 與全站儀進(jìn)行抽樣檢查，測量人員對選中的不動產(chǎn)單元進(jìn)行實(shí)地測量，得到界址點(diǎn)坐標(biāo)與不動產(chǎn)單元中宅基地、房屋等的面積。并與利用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)與Cass3D 軟件采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，本項目抽取一個村的10 個界址點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

（1）界址點(diǎn)精度對比

根據(jù)城鎮(zhèn)地籍調(diào)查規(guī)程，界址點(diǎn)相對鄰近控制點(diǎn)點(diǎn)位中誤差不大于5 cm，界址點(diǎn)相對鄰近控制點(diǎn)、兩相鄰界址點(diǎn)之間的量距允許誤差不大于10 cm，若兩邊誤差超過10cm 則超出誤差范圍。參照表1統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并根據(jù)式（1）中誤差計算公式計算：

式（1）中Δx、y為坐標(biāo)差值，n為檢查點(diǎn)數(shù)量。

計算得出界址點(diǎn)中誤差為0.043 m，檢查點(diǎn)中最大的誤差為0.067 m，而且所檢查的界址點(diǎn)精度都在限差內(nèi)。因此，利用無人機(jī)攝影測量技術(shù)采集的數(shù)據(jù)可以滿足不動產(chǎn)登記中界址點(diǎn)精度，見表1。

表1 界址點(diǎn)實(shí)測與采集數(shù)據(jù)對比

（2）不動產(chǎn)單元面積精度

不動產(chǎn)登記中房產(chǎn)面積需滿足三級精度要求，研究人員抽查了9 組房產(chǎn)面積（統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表2），根據(jù)式（2）面積誤差公式計算：

式（2）中S 為房產(chǎn)面積。計算得出9 組房產(chǎn)面積精度小于1 倍中誤差，1 組房產(chǎn)面積精度小于2 倍中誤差。在測量中研究人員一般取2 倍中誤差作為限差，因此，9組檢查的房產(chǎn)面積全部符合精度要求，見表2。

表2 不動產(chǎn)單元面積精度統(tǒng)計表

3 結(jié)語

本文以某不動產(chǎn)登記項目為研究對象，對無人機(jī)攝影測量技術(shù)在不動產(chǎn)登記中的實(shí)施過程進(jìn)行介紹。并驗(yàn)證了無人機(jī)傾斜攝影測量的精度可以滿足不動產(chǎn)登記項目的需求，該技術(shù)相對傳統(tǒng)的全站儀與RTK 測量有以下優(yōu)勢：

（1）不動產(chǎn)數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程中，內(nèi)業(yè)操作增多，外業(yè)操作減少，很大程度降低了測繪工作者的勞動強(qiáng)度。

（2）無人機(jī)航飛與實(shí)景三維模型建立過程中的人員成本相對較少，減少了項目成本。

總體來說，利用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)進(jìn)行不動產(chǎn)登記是適應(yīng)目前生產(chǎn)需要的一種較好的方法，可以為不動產(chǎn)登記工作提供合適的解決方案。