周立垚

（浙江省浙南綜合工程勘察測繪院有限公司，浙江 麗水 323050）

0 引言

近年來我國逐步開展了農(nóng)村不動產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查及確權(quán)工作。該項(xiàng)工作普遍采用的外業(yè)數(shù)據(jù)采集方式為使用全站儀、激光測距儀等［1］，該作業(yè)方式理論基礎(chǔ)較為成熟，測繪成果精度較高，能夠?yàn)椴粍赢a(chǎn)確權(quán)登記提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)支撐。但該方法弊端也較為明顯，全站儀測量方法為單點(diǎn)測量，會使得測繪成果存在一定的局限性，無法直觀反映被測對象的表面紋理特征，且該方法作業(yè)周期長，內(nèi)業(yè)處理較為煩瑣，出圖效率低，需投入較多的人力物力。隨著不動產(chǎn)確權(quán)工作的快速推進(jìn)，傳統(tǒng)作業(yè)方式越來越難以滿足農(nóng)村不動產(chǎn)基礎(chǔ)測量數(shù)據(jù)快速更新的需求。無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)的出現(xiàn)，為不動產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)快速更新提供了新的解決方案。

無人機(jī)傾斜攝影測量三維建模改變了傳統(tǒng)建模方法數(shù)據(jù)采集慢、建模周期長等弊端，大大提高了三維模型生產(chǎn)效率，同時也降低了建模成本，極大地提高了傾斜模型在多個領(lǐng)域中的應(yīng)用發(fā)展前景［2］。本次研究利用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)對某地區(qū)進(jìn)行房地一體化測繪，采集研究區(qū)航攝影像數(shù)據(jù)，建立測區(qū)三維實(shí)景模型，從而獲取研究區(qū)房地一體化測繪成果。

1 傾斜攝影三維建模

以無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行三維模型構(gòu)建，其流程主要可分為2 步：野外數(shù)據(jù)采集和三維模型構(gòu)建［3］。其中，野外數(shù)據(jù)采集包括控制點(diǎn)布設(shè)與量測、測區(qū)航攝影像采集等，像控點(diǎn)布設(shè)是無人機(jī)傾斜攝影測量的基礎(chǔ)，盡管一些研究人員提出了免像控三維建模方法，但是這種建模方式模型成果精度相對較差，難以滿足生產(chǎn)使用需求，因此本文選擇布設(shè)與量測像控點(diǎn)作業(yè)方式。測區(qū)航攝影像采集主要有單鏡頭采集和五鏡頭采集2 種作業(yè)方式，其原理基本相同，均利用搭載相機(jī)采集垂直角度以及前、后、左、右4 個傾斜角度的地表影像。單鏡頭采集是在無人機(jī)上搭載可旋轉(zhuǎn)的單相機(jī)鏡頭，無人機(jī)通過井字飛行方式完成5 個方向的地表影像采集工作，該方法硬件成本相對較低，但是航攝工作及數(shù)據(jù)處理較為復(fù)雜，從而降低了三維模型生產(chǎn)效率；五鏡頭采集是在無人機(jī)上搭載5 個相機(jī)鏡頭，按照飛行航線同時采集5 個角度的地表影像，其硬件成本相對較高，但數(shù)據(jù)處理過程較為方便，三維模型生產(chǎn)效率較高，更有利于大范圍區(qū)域內(nèi)傾斜攝影三維模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集獲取。

隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，三維建模軟件逐漸向自動化建模方向靠攏，各類建模軟件開發(fā)應(yīng)用逐漸成熟，但其原理基本一致，核心建模步驟主要包括5個方面，分別為影像稀疏匹配、空中三角測量、影像密集匹配生成密集點(diǎn)云、密集點(diǎn)云三角網(wǎng)構(gòu)建，以及自動紋理映射生成實(shí)景三維模型［4］。

2 房地一體調(diào)查

房地一體調(diào)查工作是我國土地房產(chǎn)管理工作的基礎(chǔ)，其作業(yè)方法流程應(yīng)嚴(yán)格遵守不動產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查規(guī)程和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，充分利用已有土地房產(chǎn)調(diào)查數(shù)據(jù)成果，針對測區(qū)實(shí)際情況，合理選擇數(shù)字測圖、三維激光掃描、傾斜攝影測量等作業(yè)方法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集作業(yè)，通過內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理建立集圖形、屬性及登記信息為一體的不動產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查數(shù)據(jù)，為不動產(chǎn)登記發(fā)證提供可靠數(shù)據(jù)依據(jù)。房地一體調(diào)查作業(yè)主要包含以下幾個方面：

1）測區(qū)現(xiàn)存數(shù)據(jù)資料收集。

在進(jìn)行正式作業(yè)前，首先應(yīng)對測區(qū)已有的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行收集歸納，主要包括與該項(xiàng)目有關(guān)的地區(qū)政策文件、測區(qū)內(nèi)各自然村和鄉(xiāng)鎮(zhèn)等界線數(shù)據(jù)、測區(qū)高等級控制測量數(shù)據(jù)、測區(qū)各類型土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、數(shù)字正射影像圖及歷史地形圖等圖形數(shù)據(jù)。已有數(shù)據(jù)搜集完成后，在當(dāng)?shù)馗骷夘I(lǐng)導(dǎo)的協(xié)助下，向居民進(jìn)行房地一體調(diào)查宣傳，目的是向居民普及房地一體調(diào)查作業(yè)的必要性，使居民在后續(xù)工作過程中多多配合作業(yè)人員進(jìn)行調(diào)查測繪，提高作業(yè)效率。

2）測區(qū)地籍成果測繪。

本次研究采用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)方法對研究區(qū)進(jìn)行外業(yè)航攝數(shù)據(jù)采集作業(yè)，某些航攝盲區(qū)采用全站儀進(jìn)行補(bǔ)測，采用專業(yè)數(shù)據(jù)軟件對外業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成能夠滿足規(guī)范及使用要求的地籍測繪成果，從而為房地一體化調(diào)查工作的開展提供測區(qū)地籍底圖。

3）房地一體化調(diào)查作業(yè)。

房地一體化調(diào)查是土地權(quán)屬調(diào)查和附著建筑物產(chǎn)權(quán)現(xiàn)狀調(diào)查同時開展的作業(yè)方法，有利于實(shí)現(xiàn)“三權(quán)統(tǒng)一”，提高土地、房屋權(quán)屬以及現(xiàn)狀調(diào)查測繪效率，實(shí)現(xiàn)房地調(diào)查測繪成果的統(tǒng)一管理。調(diào)查測量完成后即可進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，利用不動產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查建庫專業(yè)軟件工具進(jìn)行測區(qū)宗地圖繪制、房地一體數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、成果輸出等，輸出成果滿足規(guī)范要求后即可進(jìn)行入庫存儲。

3 傾斜攝影測量房地一體測繪

3.1 數(shù)據(jù)采集

本次研究以某地區(qū)農(nóng)村不動產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查測繪項(xiàng)目為研究對象，該項(xiàng)目測區(qū)面積約為1.37 km2，地形條件相對較為復(fù)雜，房屋建筑依托地形建設(shè)，分布相對較為零散。采用傳統(tǒng)全站儀單點(diǎn)測量方法工作量較大，需投入較多的人力物力。為提高作業(yè)效率，該項(xiàng)目采用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)進(jìn)行房地一體化測繪工作。

航攝作業(yè)前需進(jìn)行航攝規(guī)劃設(shè)計，首先依據(jù)航攝任務(wù)對作業(yè)區(qū)域進(jìn)行報備，確定作業(yè)區(qū)域可以進(jìn)行航飛作業(yè)后繪制測區(qū)KML（Keyhole Markup Language）范圍線，進(jìn)行航線規(guī)劃設(shè)計，確定航攝路線。之后依據(jù)天氣情況確定航攝日期，提前檢查無人機(jī)狀態(tài)，確?？梢赃M(jìn)行正常飛行作業(yè)。

像控點(diǎn)是無人機(jī)傾斜攝影測量的控制基礎(chǔ)［5］，飛行前需要在測區(qū)范圍內(nèi)合理布設(shè)地面像控點(diǎn)，并確保像控點(diǎn)均勻布設(shè)且覆蓋整個測區(qū)，以高精度GNSS-RTK 多次測量結(jié)果作為最終像控點(diǎn)成果數(shù)據(jù)。選定視野開闊的平坦區(qū)域作為起飛點(diǎn)，進(jìn)行實(shí)際作業(yè)區(qū)域航線規(guī)劃設(shè)計，并確保航向重疊度不小于80%，旁向重疊度不小于70%。若航攝區(qū)域內(nèi)高差較大，應(yīng)分塊分區(qū)域航飛作業(yè)，獲取研究區(qū)原始影像數(shù)據(jù)。

本項(xiàng)目使用大疆經(jīng)緯M 600 無人機(jī)搭載五鏡頭進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，選擇天氣晴朗、能見度較高的微風(fēng)天氣進(jìn)行航攝作業(yè)。無人機(jī)傾斜測量設(shè)計參數(shù)如表1 所示。

表1 無人機(jī)傾斜測量設(shè)計參數(shù)

航拍作業(yè)完成后，需對其成果進(jìn)行檢查，主要檢查內(nèi)容包括航攝影像是否完整、航拍照片曝光是否正常，以及POS 數(shù)據(jù)是否存在丟失現(xiàn)象等，當(dāng)出現(xiàn)此類問題時需進(jìn)行補(bǔ)測。外業(yè)航攝成果檢查完成后，將航攝影像分類存儲在同一個項(xiàng)目文件夾內(nèi)，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

3.2 數(shù)據(jù)處理

傾斜攝影測量的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理主要包含以下幾個方面：首先是對航攝影像進(jìn)行勻光勻色、畸變改正等預(yù)處理［6］，確保航攝影像能夠滿足使用要求；然后對其進(jìn)行空三加密，經(jīng)檢驗(yàn)合格后即可生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)；最后對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪和精簡，即可建立測區(qū)實(shí)景三維模型。本文采用多視影像聯(lián)合平差技術(shù)對外業(yè)航攝獲取的傾斜影像進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差，然后進(jìn)行多視影像密集匹配，生成能夠滿足使用要求的高精度點(diǎn)云數(shù)據(jù)，構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)，并進(jìn)行測區(qū)建筑物紋理映射，從而得到測區(qū)實(shí)景三維模型。以上數(shù)據(jù)處理過程均在Smart3D 軟件中進(jìn)行，通過設(shè)置所需參數(shù)即可完成自動解算，操作方便，自動化程度較高。

測區(qū)三維實(shí)景模型構(gòu)建完成后，需進(jìn)行地物地貌特征及屬性數(shù)據(jù)信息的內(nèi)業(yè)采集，主要有傳統(tǒng)立體測圖和專業(yè)數(shù)據(jù)軟件自動提取2 種方式，專業(yè)數(shù)據(jù)的軟件自動提取是在傳統(tǒng)立體測圖的基礎(chǔ)上，采用圖像識別算法將特征信息進(jìn)行自動獲取，能夠降低立體測圖工作強(qiáng)度，但精度略低，很難達(dá)到傳統(tǒng)立體測圖效果。本項(xiàng)目使用EPS 軟件直接在三維模型上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，EPS 軟件不能直接識別OSGB 格式，需要使用EPS 三維測圖模塊將模型轉(zhuǎn)換成DSM 格式，才能將三維模型導(dǎo)入；EPS 支持同時在二維窗口加載超大影像，在三維窗口加載實(shí)景三維模型，采集房屋要素時，傳統(tǒng)操作需要進(jìn)行“房檐改正”，而三維測圖可直接采集到墻體表面，更加方便、準(zhǔn)確，大大提高了內(nèi)外業(yè)工作效率；對于軟件無法自動提取的要素信息采用傳統(tǒng)立體測圖形式進(jìn)行人工采集，直至數(shù)據(jù)成果滿足要求為止。測區(qū)局部三維模型和房地一體化測繪成果如圖1 所示。

圖1 測區(qū)局部三維模型和房地一體化測繪成果圖

3.3 精度分析

房屋一體化測繪成果生產(chǎn)完成后，需對其進(jìn)行精度評定，驗(yàn)證其是否滿足規(guī)范及使用要求，主要驗(yàn)證內(nèi)容為界址點(diǎn)精度及地物間距精度，規(guī)范精度要求如表2 所示。

表2 房屋一體化測繪成果精度要求 單位：m

為對房地一體化測繪成果界址點(diǎn)精度進(jìn)行科學(xué)評定，本次研究本著“均勻分布”的原則在測區(qū)范圍內(nèi)隨機(jī)選擇了206 個界址點(diǎn)和161 條建筑物特征邊進(jìn)行校核，分別采用高精度全站儀和激光測距儀進(jìn)行界址點(diǎn)平面坐標(biāo)和特征邊邊長測量，并與房地一體化測繪成果中對應(yīng)界址點(diǎn)和特征邊進(jìn)行對比分析，統(tǒng)計結(jié)果分別如表3 和表4 所示。

表3 界址點(diǎn)點(diǎn)位較差分布

表4 地籍圖間距較差分布

通過對表3 分析可知：采用無人機(jī)傾斜攝影測量獲取的房地一體化測繪成果界址點(diǎn)平面坐標(biāo)點(diǎn)位中誤差為0.031 2 m；與檢核點(diǎn)較差小于0.05 m 的界址點(diǎn)有178 個，占檢核點(diǎn)總數(shù)的86.41%；與檢核點(diǎn)較差位于0.05～0.10 m 區(qū)間范圍內(nèi)的界址點(diǎn)有26個，占檢核點(diǎn)總數(shù)的12.62%；與檢核點(diǎn)較差位于0.10～0.15 m 區(qū)間范圍內(nèi)的界址點(diǎn)有2 個，占檢核點(diǎn)總數(shù)的0.97%，遠(yuǎn)小于5%；沒有超過0.15m 的界址點(diǎn)較差。

通過對表4 分析可知：采用無人機(jī)傾斜攝影測量獲取的房地一體化測繪成果地籍圖特征邊邊長中誤差為0.038 4 m；與檢核成果較差小于0.05 m 的地籍圖特征邊有133 條，占檢核成果總數(shù)的82.61%；與檢核成果較差位于0.05～0.10 m 區(qū)間范圍內(nèi)的地籍圖特征邊有25 條，占檢核成果總數(shù)的15.53%；與檢核成果較差位于0.10～0.15 m 區(qū)間范圍內(nèi)的地籍圖特征邊有3 條，占檢核點(diǎn)總數(shù)的1.86%，遠(yuǎn)小于5%；沒有超過0.15 m 的地籍圖特征邊間距較差。

綜上所述，采用無人機(jī)傾斜攝影測量進(jìn)行房地一體化作業(yè)，測繪成果精度較高，能夠滿足規(guī)范和生產(chǎn)使用要求，且可以大大降低工作量，提高作業(yè)效率。

4 結(jié)語

房地一體化調(diào)查工作是我國土地管理工作的基礎(chǔ)，與廣大人民群眾的個人利益息息相關(guān)，因此通過合理高效的作業(yè)方式對房地一體化數(shù)據(jù)成果進(jìn)行高精度生產(chǎn)輸出，具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。本次研究以無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)為基礎(chǔ)，對研究區(qū)房地一體測繪項(xiàng)目進(jìn)行航攝作業(yè)，利用Smart3D 軟件建立測區(qū)實(shí)景三維模型，利用EPS 軟件提取不動產(chǎn)數(shù)據(jù)信息，從而實(shí)現(xiàn)房地一體基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的快速獲取與更新，并對測繪成果進(jìn)行精度分析，確保能夠滿足規(guī)范精度和生產(chǎn)使用要求，既降低了項(xiàng)目成本，提高了作業(yè)效率，又保障了測繪成果質(zhì)量，為后續(xù)不動產(chǎn)登記確權(quán)提供可靠數(shù)據(jù)依據(jù)，有利于推動不動產(chǎn)登記確權(quán)的快速發(fā)展與進(jìn)步。