吳健雄

（泉州市房地產(chǎn)測(cè)繪隊(duì)有限公司，福建 泉州 362000）

0 引言

地籍測(cè)量是地籍調(diào)查工作的重要內(nèi)容[1]。傳統(tǒng)地籍測(cè)量是外業(yè)人員利用全站儀等儀器進(jìn)行實(shí)測(cè)，再將測(cè)得數(shù)據(jù)給內(nèi)業(yè)人員處理，存在成本高、效率低等問(wèn)題[2]。隨著測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，它通過(guò)建立一個(gè)穩(wěn)定的3D模型空間，然后選擇分辨率佳的航拍信息，提升測(cè)量和生產(chǎn)的質(zhì)量。3D 模型可以收集房屋信息、屋檐及廊道位置，并能夠自動(dòng)消除人為因素誤差問(wèn)題，方便進(jìn)行測(cè)量任務(wù)。目前，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在地籍測(cè)量中的應(yīng)用越來(lái)越成熟，同時(shí)也為房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)提供了重要的數(shù)據(jù)依據(jù)。

1 地籍測(cè)量與房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)的關(guān)系

1.1 地籍測(cè)量

1.1.1 地籍及地籍調(diào)查的定義

地籍最初是為征稅而建立的簿冊(cè)，而現(xiàn)代地籍是指集合土地及其附著物的基本信息，以數(shù)據(jù)表示，并使用計(jì)算機(jī)管理為主。按照特點(diǎn)和任務(wù)的不同，可以分為城鎮(zhèn)地籍、農(nóng)村地籍。

地籍調(diào)查是為滿(mǎn)足土地登記的要求，通過(guò)地籍測(cè)量和權(quán)屬調(diào)查，查清宗地基本情況，并核發(fā)證書(shū)，它是土地登記的基礎(chǔ)工作，為土地、房產(chǎn)管理與開(kāi)發(fā)提供可靠的基礎(chǔ)資料[3]。

1.1.2 地籍測(cè)量的特點(diǎn)及內(nèi)容

地籍測(cè)量作為土地管理的基礎(chǔ)性工作，以地籍調(diào)查、測(cè)量技術(shù)為根據(jù)和手段，遵循從整體到局部，先控制后掌握的原則，測(cè)定土地及其附著物的位置、類(lèi)型、面積、權(quán)屬界線等，最后繪制地籍圖，以滿(mǎn)足土地管理部門(mén)的需要。地籍測(cè)量的總要求是面積準(zhǔn)確。在地籍測(cè)量過(guò)程中涉及到的宗地分為工廠和私人住宅。工廠四周的界址點(diǎn)測(cè)量精度要高，而內(nèi)部非界址點(diǎn)地物測(cè)量精度可適當(dāng)放寬；私人住宅的界址點(diǎn)及附近地物必須測(cè)量準(zhǔn)確，否則會(huì)引起爭(zhēng)議。

地籍測(cè)量涵蓋界址點(diǎn)測(cè)量、地籍控制測(cè)量、地籍圖測(cè)繪、面積測(cè)算和土地信息動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等內(nèi)容，凡涉及土地及附著物的權(quán)屬測(cè)量都可以歸為地籍測(cè)量。通過(guò)地籍測(cè)量有效保證土地開(kāi)發(fā)的統(tǒng)一性、整體性以及規(guī)模性，確保土地整理質(zhì)量。

1.2 地籍測(cè)量在房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)中的作用

地籍測(cè)量是對(duì)地塊權(quán)屬界線的界址點(diǎn)坐標(biāo)的確定，測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果具有真實(shí)性和法律性。它是一項(xiàng)復(fù)雜且細(xì)致的工作，要求精度高且不能出差錯(cuò)。在土地價(jià)格和房?jī)r(jià)飛漲的時(shí)代，地籍測(cè)量直接牽涉到住戶(hù)的利益，只有精準(zhǔn)的測(cè)量數(shù)據(jù)才可以保證建筑物的安全性和可靠性，讓住戶(hù)放心。因此，地籍測(cè)量在房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)中發(fā)揮著舉足輕重的作用[4]。

2 房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)中地籍測(cè)量的基本方法

房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)中的地籍測(cè)量主要方法有：極坐標(biāo)法、GPS測(cè)量法、CORS測(cè)量法和攝影測(cè)量法[5]。

2.1 極坐標(biāo)法

極坐標(biāo)法主要用于地籍界址點(diǎn)的測(cè)量，適用于地區(qū)寬廣、視線良好的區(qū)域。由于全站儀的廣泛使用，極坐標(biāo)法可以有效獲取地籍要素。其測(cè)量原理如圖1 所示，選定已知控制點(diǎn)1 和控制點(diǎn)2，在控制點(diǎn)A架設(shè)測(cè)量?jī)x器，并對(duì)控制點(diǎn)B做定向，利用目標(biāo)點(diǎn)P與控制點(diǎn)A的距離S、目標(biāo)點(diǎn)P與控制點(diǎn)B的角度值β，測(cè)定目標(biāo)點(diǎn)P的位置坐標(biāo)。

圖1 極坐標(biāo)法測(cè)量原理圖

2.2 GPS測(cè)量法

GPS 又稱(chēng)全球定位技術(shù)，將其應(yīng)用于采集地面上的位置數(shù)據(jù)日益廣泛。它是地籍測(cè)量中的重要技術(shù)之一，測(cè)量學(xué)因GPS 技術(shù)發(fā)生了巨大的改變。采用GPS技術(shù)測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)在于全天候、人力少、精度高、操作便捷，減輕了外業(yè)人員的工作強(qiáng)度，降低了內(nèi)業(yè)人員的計(jì)算過(guò)程，確保測(cè)量結(jié)果的可靠性。由于地籍空間數(shù)據(jù)除了地理空間位置，還包括屬性信息，因此，外業(yè)人員需要將GPS 采集到的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)在電子手簿上加以說(shuō)明和描述，以保證采集到離散點(diǎn)數(shù)據(jù)具有相應(yīng)的特征和屬性項(xiàng)。例如：樹(shù)用Tree 表示，道路用Road 表示。GPS 技術(shù)在測(cè)量學(xué)中的應(yīng)用，使得房屋質(zhì)量更加有保障。但是，GPS 技術(shù)也存在一定的弊端，在建筑物密集和處于死角的小巷，難以測(cè)量到精確的數(shù)據(jù)。

2.3 CORS測(cè)量法

CORS是一種新型的GPS定位技術(shù)，它不僅可以滿(mǎn)足測(cè)量的精度要求，而且成本比GPS 低。由于城鎮(zhèn)測(cè)量要求的精度高，經(jīng)常采用CORS技術(shù)。該技術(shù)的原理是先勘探測(cè)量地區(qū)的地形地貌，然后均勻布置GPS 參考站，通過(guò)設(shè)置一個(gè)控制中心來(lái)接收各基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算得出結(jié)論。利用CORS技術(shù)可以快速獲取空間數(shù)據(jù)和地理特征，明確城市每一寸土地的歸屬問(wèn)題，促進(jìn)城市的不斷發(fā)展。

2.4 攝影測(cè)量法

攝影測(cè)量是利用攝影機(jī)獲取的像片，經(jīng)過(guò)處理以獲取目標(biāo)物體的空間位置、形狀及大小，具有精度好、周期短、分辨率高等特點(diǎn)。攝影測(cè)量技術(shù)已有170 多年歷史，是我國(guó)當(dāng)前城鎮(zhèn)地籍測(cè)量的主要方法之一。近年來(lái)，無(wú)人機(jī)傾斜攝影作為一種新興的測(cè)量技術(shù)，顛覆了正射影像只能從垂直角度拍攝的局限，從垂直和傾斜等5 個(gè)不同的角度采集影像，完全反映了地面物體真實(shí)情況，具有性?xún)r(jià)比高的特點(diǎn)[6]。

3 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)原理及系統(tǒng)組成

3.1 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的原理

在測(cè)量過(guò)程中，在保證測(cè)量邊長(zhǎng)精度的前提下確定測(cè)量方案，在同一組飛行平臺(tái)中搭建多個(gè)傳感器，通過(guò)S型飛行方式同時(shí)拍攝垂直方向及4個(gè)傾斜方向等5個(gè)方向的影像，拍攝影像的同時(shí)記錄影像曝光瞬間的位置信息，再由計(jì)算機(jī)對(duì)影像進(jìn)行處理，運(yùn)用空中三角測(cè)量的方法求解坐標(biāo)參數(shù)，并構(gòu)建3D 模型，通過(guò)軟件采集得到地籍要素，最終確定地理位置的規(guī)律，真實(shí)反映出周邊物體信息。無(wú)人機(jī)傾斜攝影3D 模型構(gòu)建有兩種方法，分別為L(zhǎng)idar 數(shù)據(jù)和傾斜影像結(jié)合、完全基于影像，此兩種方法存在著一定的聯(lián)系和區(qū)別[7]。

3.2 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)的組成

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)由無(wú)人機(jī)系統(tǒng)、航線規(guī)劃軟件、傾斜攝影相機(jī)和數(shù)據(jù)處理軟件組成[8]。其中，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)包括飛行平臺(tái)、任務(wù)裝置和地面控制站3部分，它采用無(wú)線電技術(shù)完成控制站發(fā)出信號(hào)命令。航線規(guī)劃軟件是通過(guò)動(dòng)態(tài)讀取統(tǒng)計(jì)調(diào)查任務(wù)包，實(shí)現(xiàn)針對(duì)多個(gè)目標(biāo)區(qū)域、多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)位的自動(dòng)航線規(guī)劃，最終自動(dòng)執(zhí)行航拍任務(wù)，同時(shí)支持航拍影像的實(shí)時(shí)回傳。傾斜攝影相機(jī)通常采用五鏡頭相機(jī)，從垂直方向及4個(gè)傾斜方向采集影像，涵蓋了頂視和側(cè)立面信息。由于專(zhuān)業(yè)測(cè)量相機(jī)成本較高，一般使用普通數(shù)碼相機(jī)，但是普通數(shù)碼相機(jī)存在無(wú)法進(jìn)行內(nèi)定向計(jì)算和主光軸偏差等問(wèn)題，需要對(duì)相機(jī)的內(nèi)方位元素、光學(xué)畸變的徑向和偏向畸變參數(shù)進(jìn)行檢校。檢校采用的數(shù)學(xué)模型如公式（1）、（2）所示。

式中：Δx、Δy——為像點(diǎn)坐標(biāo)畸變差改正值；

x、y——以像中心為原點(diǎn)的像點(diǎn)量測(cè)坐標(biāo)；

x0、y0——像主點(diǎn)坐標(biāo)；

r——像點(diǎn)向半徑；

k1、k2、k3——徑向畸變差相關(guān)系數(shù)；

p1、p2——偏向畸變差相關(guān)系數(shù)。

4 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)地籍測(cè)量中的應(yīng)用案例分析

4.1 試驗(yàn)區(qū)及無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)的選取

試驗(yàn)區(qū)選取福建泉州安溪縣某村莊，地處安溪縣東北部，面積約0.8km2，研究區(qū)域多數(shù)為3層以下房屋，部分房屋帶有院落結(jié)構(gòu)。

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)選取方面，利用大疆M600 多旋翼無(wú)人機(jī)、銳眼DIY－DG3pros 五鏡頭一體化攝影系統(tǒng)和ContextCapture 軟件進(jìn)行傾斜數(shù)據(jù)采集。大疆M600多旋翼無(wú)人機(jī)具有小場(chǎng)地起降能力，可以保證航攝過(guò)程中的穩(wěn)定性。銳眼DIY－DG3pros 五鏡頭一體化攝影系統(tǒng)的影像分辨率控制在1.50cm 以?xún)?nèi)，在保證無(wú)人機(jī)飛行高度的同時(shí)，要滿(mǎn)足《三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范》（CH/T 9015-2012）的精度評(píng)定要求，為后期在采房腳點(diǎn)能夠更加精準(zhǔn)。ContextCapture軟件是一款根據(jù)傾斜數(shù)據(jù)自動(dòng)生成三維模型構(gòu)建的軟件，滿(mǎn)足傾斜攝影照片實(shí)景建模的要求。合理設(shè)置完系統(tǒng)各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)指標(biāo)之后，根據(jù)測(cè)區(qū)實(shí)際狀況制定飛行計(jì)劃和航線設(shè)計(jì)。

4.2 像控點(diǎn)布設(shè)及測(cè)量

根據(jù)試驗(yàn)區(qū)實(shí)際情況和飛行計(jì)劃確定像控點(diǎn)的分布，按照空三特征點(diǎn)點(diǎn)云的層面，每隔10000～20000個(gè)像素需要布設(shè)一個(gè)控制點(diǎn)，共布設(shè)6 列、6 行共36 個(gè)像控點(diǎn)，點(diǎn)與點(diǎn)之間的間距為100~120m。本次像控點(diǎn)以GoogleEarth 地圖影像為依據(jù)，應(yīng)用RTK 測(cè)量整個(gè)試驗(yàn)區(qū)像制點(diǎn)的真實(shí)坐標(biāo)，分布狀況如圖2所示。

圖2 試驗(yàn)區(qū)控制點(diǎn)分布示意圖

4.3 空三加密

空三加密是本次無(wú)人機(jī)影像處理的關(guān)鍵步驟，對(duì)后續(xù)三維模型的精度有直接影響。傳統(tǒng)的加密方法及軟件無(wú)法滿(mǎn)足要求，ContextCapture 軟件空三加密為全自動(dòng)解算過(guò)程，其原理是利用光束法區(qū)域網(wǎng)整體平差法，對(duì)1 張相片構(gòu)成的1 束光線進(jìn)行平差，經(jīng)各光線束基于空間的旋轉(zhuǎn)及平移，把整體區(qū)域納入到控制點(diǎn)地面坐標(biāo)系中，作業(yè)時(shí)，利用ASIFT 算法匹配多視影像的特征點(diǎn)，多張影像間的同一匹配點(diǎn)能夠準(zhǔn)確疊合，獲取多影像之間的連接點(diǎn)。結(jié)合像控點(diǎn)和連接點(diǎn)的像點(diǎn)坐標(biāo)，通過(guò)平差計(jì)算，獲取每張相片的外方位元素和加密點(diǎn)的地面坐標(biāo)。

4.4 3D實(shí)景模型構(gòu)建

空三加密結(jié)束后，利用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系生成3D實(shí)景模型。在建立模型之前，切塊模式選擇規(guī)則平面格網(wǎng)切塊，解決計(jì)算機(jī)的性能問(wèn)題，本次試驗(yàn)輸出為OSGB格式。將空三加密結(jié)果導(dǎo)入到ContextCapture軟件，自動(dòng)匹配影像中的同名點(diǎn)，構(gòu)成密集點(diǎn)云。軟件經(jīng)過(guò)TIN構(gòu)架、紋理映射生成3D實(shí)景模型，紋理貼合時(shí)的差異小，模型的真實(shí)性程度高，構(gòu)建的3D實(shí)景模型如圖3所示。

圖3 局部3D實(shí)景模型圖

4.5 傾斜三維數(shù)據(jù)采集

使用易繪軟件采集相片的地籍要素和三維模型數(shù)據(jù)，該軟件可以調(diào)用房（墻）角不同視角的多張影像，針對(duì)墻體的采集無(wú)需進(jìn)行房檐改正，提高了工作效率和測(cè)圖精度。測(cè)圖時(shí)，選擇與地面相距1.2~1.5m 的角點(diǎn)位置，采用房角點(diǎn)采集法確保采集精度。對(duì)于模型變形的界址點(diǎn)，可以測(cè)定原始影像的真實(shí)點(diǎn)，結(jié)合3D實(shí)景模型采集和影像采集，確保采集的精度。二者均無(wú)法辨別的要素，采用外業(yè)人員補(bǔ)測(cè)的方法，保證測(cè)量的質(zhì)量。

4.6 精度評(píng)定

在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)，選取42 個(gè)界址點(diǎn)和36 條界址點(diǎn)間距，利用全站儀和測(cè)距儀量測(cè)野外實(shí)測(cè)界址點(diǎn)、界址點(diǎn)間距，獲取點(diǎn)位坐標(biāo)及點(diǎn)位間距數(shù)據(jù)，并制作精度統(tǒng)計(jì)報(bào)表。采用高精度檢測(cè)中誤差計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，得出界址點(diǎn)中誤差為±3.50cm，界址點(diǎn)間距中誤差為±2.86cm，公式見(jiàn)式（3）。中誤差穩(wěn)定控制在±5cm以?xún)?nèi)，滿(mǎn)足《三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范》（CH/T 9015-2012）的精度評(píng)定要求。

式中：M——高精度成果中誤差；

Δi——較差；

n——檢測(cè)點(diǎn)（邊）總數(shù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，房地產(chǎn)房產(chǎn)關(guān)系到千家萬(wàn)戶(hù)的利益，其地籍測(cè)量是利益計(jì)算的依據(jù)，對(duì)測(cè)量精確度的要求自然是越來(lái)越高。無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)憑借自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，可以真實(shí)準(zhǔn)確地測(cè)量地籍?dāng)?shù)據(jù)信息，提升地籍測(cè)量工作效率及質(zhì)量。通過(guò)案例試驗(yàn)區(qū)測(cè)量數(shù)據(jù)得出，在影像分辨率控制在1.50cm以?xún)?nèi)的情況下，試驗(yàn)區(qū)界址點(diǎn)中誤差為±3.50cm，界址點(diǎn)間距中誤差為±2.86cm，滿(mǎn)足規(guī)范的精度評(píng)定要求，實(shí)現(xiàn)了基于無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的地籍測(cè)量作業(yè)方法的實(shí)踐應(yīng)用。