王新靜　姚怡燁 段晨鑫

摘 要：【目的】在我國土地調查發(fā)展過程中，常因技術手段存在缺陷，導致調查工作受到一定的影響。利用無人機傾斜攝影技術來建立實景三維模型，通過三維模型來完成相關調查工作，使土地調查工作更加高效、便捷。【方法】為探討無人機傾斜攝影技術在土地調查工作中的應用優(yōu)勢，使用無人機搭載單目相機來采集影像，利用ContextCapture Center軟件進行三維建模，并與實際調查結果進行對比，分析三維模型的優(yōu)缺點?！窘Y果】結果證明了該方法的可行性，建立的三維建模的土地邊界清晰、建筑分明，可應用到土地調查工作中。【結論】無人機傾斜攝影技術可提高土地調查工作的完成效率，同時為我國未來的國土調查等工作提供支持。

關鍵詞：無人機；攝影測量；土地調查；三維建模

中圖分類號：P231? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1003-5168（2024）03-0010-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.03.002

Application of UAV Oblique Photography in Land Survey

WANG Xinjing YAO Yiye DUAN Chenxin

（North China University of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou 450000，China）

Abstract：[Purposes] In the development process of land survey in China， defects in technical means often have a certain impact on the normal progress of the survey work. This paper uses unmanned aerial vehicle tilt photography technology to establish a realistic 3D model， through which relevant survey work is carried out， making the land survey work more efficient and convenient. [Methods] In order to explore the application advantages of drone tilt photogrammetry in land survey work， images collected by drone equipped monocular cameras were used for 3D modeling using ContextCapture Center software， and compared with actual survey results to analyze the advantages and disadvantages of the model. [Findings] The results have proven the feasibility of this method. The 3D modeling results in clear land boundaries and clear buildings， which can be applied to land survey work. [Conclusions] Drone tilt photography technology can increase efficiency in completing land survey work and also provide a basis for future land survey work in China.

Keywords： UAV; photogrammetry; land survey; three-dimensional model

0 引言

近年來，隨著我國經濟社會的不斷發(fā)展，城鎮(zhèn)化進程不斷加快，各個城市土地資源供給越發(fā)稀缺。因此，土地調查對當今社會發(fā)展的重要性不言而喻。然而，在土地調查過程中往往會遇到地物遮擋、植被掩蓋或受極端惡劣天氣影響等一系列問題。為解決這些問題，我國正在逐步應用各種新型技術，其中，相對來說更為應用廣泛技術是無人機傾斜攝影技術。無人機傾斜攝影技術是近年來發(fā)展十分迅猛的一項攝影測量技術，通過在多旋翼或固定翼無人機上搭載單/多鏡頭的傳感器或雷達，從多個角度對待測地區(qū)進行數(shù)據(jù)采集，并結合衛(wèi)星定位技術，利用pos文件來確定傳感器的精確位置，通過地面控制點來計算出影像的坐標信息。無人機傾斜攝影技術是對傳統(tǒng)航空攝影測量、攝影測量與遙感等測繪技術的有力補充，具有機動靈活、作業(yè)成本低、適用范圍廣、生產周期短等特點，在快速獲取小區(qū)域和飛行困難地區(qū)的高分辨率影像方面具有明顯優(yōu)勢［1］。

1 傾斜攝影技術

傾斜攝影技術通過傾斜相機系統(tǒng)來采集地面物體形態(tài)、方位等數(shù)據(jù)。傾斜攝影技術使用的設備包括無人機、相機系統(tǒng)、POS系統(tǒng)。相機系統(tǒng)通常搭載多個傳感器，只有一個傳感器采集垂直影像信息，其余傳感器分別采集垂直影像中地物的前后左右方向的高分辨率傾斜影像，可完善、精準地獲得地物數(shù)據(jù)［2］。

1.1 傾斜攝影技術特征

傾斜攝影技術具有以下特征：①通過傾斜攝影技術所獲取的影像數(shù)據(jù)包含了地物的形態(tài)方位等信息，可對地物進行量測。利用專業(yè)軟件可在影像上測量出地物的長度、高度、坡度等數(shù)據(jù)，也可以計算出地物面積。同時，利用相關軟件對傾斜照片進行數(shù)字線劃圖及數(shù)字地表模型、數(shù)字正射模型等數(shù)據(jù)成果的輸出；②傾斜攝影相機系統(tǒng)使用五個不同角度的相機對地物信息進行采集，影像可全方位、多角度地反映出地物信息，更加真實地展示拍攝目標物的外觀，進而得到目標地物各個方向的參數(shù)，為三維模型的建立提供更加準確的數(shù)據(jù)；③傾斜攝影技術獲取的影像數(shù)據(jù)效率更高。傾斜攝影技術大多依賴于無人機技術，以無人機為載體，可快速靈活地實現(xiàn)對地物信息的獲取。同時，無人機體積小、造價低、操作簡便、不受環(huán)境條件制約，通過傾斜攝影技術可獲取豐富地物紋理數(shù)據(jù)，可有效提高三維建模的速度，降低成本。

1.2 無人機傾斜攝影技術優(yōu)勢

利用無人機傾斜攝影技術可將土地開發(fā)前后的真實情況相對比，對監(jiān)測區(qū)域實行動態(tài)監(jiān)管、實時監(jiān)測。無人機傾斜攝影技術可滿足大比例尺地形圖測繪的高精度要求。在使用無人機進行影像數(shù)據(jù)采集過程中，一般來說，無人機航高較低，且相片重疊度比較高，可為重建過程中的多余觀測提供大量數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)重建精度［3］。無人機低空攝影技術受天氣環(huán)境因素的影響小，在規(guī)劃好測區(qū)范圍后，可在短時間內收集到測量區(qū)域內地物影像數(shù)據(jù)，還可在短時間內構建出地表的真實三維模型，且對外業(yè)實地踏勘的要求?。?］。

2 無人機傾斜攝影測量在土地調查中的應用

目前，我國土地調查工作可分為土地利用現(xiàn)狀調查和地籍調查，我國所進行的三次土地調查都是圍繞著這兩方面內容進行的。

2.1 地籍調查

將無人機傾斜攝影技術有效地應用于土地調查的地籍調查中，包括以下四個方面：①獲取影像資料。土地調查人員在進行土地權籍調查時，可充分利用無人機傾斜攝影測量技術大范圍、高效率的特點來獲取地表影像資料，能獲取完整準確的地面信息。相比其他遙感技術，使用無人機獲取的影像資料數(shù)據(jù)量更小，后續(xù)處理也會更加方便簡潔；②測繪數(shù)據(jù)的收集。在地籍調查過程中，利用無人機傾斜攝影技術獲取測繪數(shù)據(jù)的方式一般有兩種。一是手動采集，即調查人員運用現(xiàn)代化設備對無人機進行遠程操控，選擇與現(xiàn)場的拍攝畫面相匹配的影像。二是自動加密采集［5］。自動加密采集是在獲取相關信息數(shù)據(jù)后，調查人員將信息保存到指定的存儲地點，并進行加密處理；③土地勘測定界。為了能保證土地勘測定界工作順利進行，應先在國土資源管理部門的統(tǒng)一安排下，調查區(qū)域內的土地利用現(xiàn)狀調查成果資料收集，并收集好土地地籍調查資料、土地權利人等信息的證明材料［6］；④突發(fā)事件應急［7］。在調查人員進行土地調查過程中，尤其是在進行外業(yè)測量等作業(yè)時，環(huán)境影響因素非常大，容易出現(xiàn)某些自然災害的突發(fā)事件，如地震、山體崩塌等災害，這些突發(fā)事件往往會對調查工作造成阻礙，嚴重時甚至會威脅調查人員的生命安全，無法使用普通的技術手段進行調查工作。所以，無人機傾斜攝影技術的應用可以更加妥善的對這類問題進行處理。將無人機傾斜攝影技術有效應用于突發(fā)事件中，可在第一時間查探災害情況，對災區(qū)進行實時動態(tài)監(jiān)控，為后續(xù)救援工作的開展提供關鍵信息。

2.2 土地利用現(xiàn)狀調查

無人機傾斜攝影技術在土地利用現(xiàn)狀調查中的應用主要有以下三個方面。

①內業(yè)預判。內業(yè)預判是指根據(jù)統(tǒng)一制作的正射影像或實景三維模型對地類進行預判，并通過分析原有的調查資料進行輔助工作［8］。在我國第三次國土調查工作中，國家下發(fā)的底圖影像是二維正射影像，二維正射影像在拍攝過程中容易受到時間和光照的影響，降低耕地邊界繪制的準確性。無人機傾斜攝影技術在我國土地利用現(xiàn)狀調查中的應用，不僅能有效彌補二維正射影像只能提供地物頂部信息方面的缺陷，還可為內業(yè)預判工作提供豐富的數(shù)據(jù)。具體來說，無人機傾斜攝影技術產生的實景三維模型具有高真實性、高精度的特點，可將地物紋理信息，準確、清晰地反映出來，調查人員可根據(jù)這個特點對實景三維模型中的水體類型進行判斷，有效節(jié)省對較為相似的地界（如水田和未硬化池塘）進行二次判定的時間成本。

②外業(yè)舉證。在外業(yè)舉證過程中，調查人員需要對不同類型的舉證照片的角度、時間及坐標方位等信息進行詳細記錄。此外，還要將記錄到的信息與圖斑信息進行關聯(lián)對比，這樣才算完成外業(yè)舉證工作。對比其他的技術手段，使用無人機傾斜攝影技術建立的實景三維模型貼圖的分辨率相對較高，可精準分辨出不同類型的地物，特別的，三維模型也可分辨出一些其他技術難以探測到的內部地類特征。綜上所述，將無人機傾斜攝影技術應用到外業(yè)舉證過程中，可在很大程度上解決各類差異性圖斑問題，并使外業(yè)舉證的工作效率得到很大提高。但是，外業(yè)舉證工作目前還存在一個較為嚴重的問題，即“林下房”的舉證工作。在“林下房”舉證照片采集過程中，由于舉證人員缺乏工作經驗等，經常會出現(xiàn)舉證照片不合格或漏舉等問題，上述問題會阻礙接下來的舉證調查工作。常用的解決辦法是反復舉證，但會浪費大量的人力物力，導致調查工作時間延長。運用無人機傾斜攝影技術可十分完整清晰地展示出“林下房”的側面與紋理，能有效避免重復舉證這一問題，節(jié)省了工作時間，從而提高外業(yè)舉證效率。在我國第三次土地調查外業(yè)舉證階段，無人機傾斜攝影技術從圖斑導入、航線自動規(guī)劃，到成果DB包生成、舉證拍攝、上傳國土調查云平臺等環(huán)節(jié)均用到無人機傾斜攝影技術，既提高了核查的準確性與作業(yè)效率，又為第三次全國國土調查工作的開展提供了技術保障［9］。第三次全國土地調查的最終目的是全面查清我國自然資源和土地資源，做到心中有數(shù)。在外業(yè)舉證調查中，在調查底圖范圍內對所有圖斑的屬性進行實地調查，從而確保成果準確真實。

③成果數(shù)據(jù)展示。根據(jù)之前全國土地調查的工作經驗，最終的調查成果通常有三種呈現(xiàn)形式，即文字調查結果、圖件調查結果、數(shù)據(jù)調查結果。文字調查結果主要展示技術報告、工作報告及數(shù)據(jù)分析報告；圖件調查結果主要為每個調查區(qū)域中土地利用情況和一些專題圖件；數(shù)據(jù)調查結果即土地調查過程中的各類數(shù)據(jù)信息。國家所呈現(xiàn)的土地調查成果相對來說已經非常全面，但調查成果之間過于獨立，很難形成一些關聯(lián)，且調查成果大多以二維數(shù)據(jù)進行展示，查閱者難以理解，無法有效利用相關信息，更不能對細節(jié)方面進行充分研究。無人機傾斜攝影技術可以有效解決土地調查中成果數(shù)據(jù)過于獨立的問題。首先，使用無人機傾斜攝影技術建立的實景三維模型真實、清晰、還原度高，成果顯示豐富細膩。其次，三維模型能有效被二維矢量圖斑切割，在很大程度上能減少三維模型的存儲與運行所占用的空間，并能結合實際情況，選擇相同或不同的地物模型進行顯示或編輯，從而保障了數(shù)據(jù)成果的專業(yè)性。最后，以三維數(shù)據(jù)平臺為基礎，將文字、圖件與數(shù)據(jù)成果融入三維模型數(shù)據(jù)中，就可在同一個三維模型中對不同形式的成果進行展示，提高數(shù)據(jù)成果展示的直觀性，并有效改善成果數(shù)據(jù)管理的統(tǒng)一性［10］。

3 無人機傾斜攝影三維建模的應用

三維建模技術是整個無人機傾斜攝影技術中最為重要的技術，是無人機傾斜攝影測量完成后進行的有針對性的項目，三維實景模型的質量與后期的使用效果息息相關。先將不同設站的垂直角度相片與傾斜角度相片相結合，從而形成對地面的二度或三度重疊，保證傾斜攝影影像組能完整地覆蓋整個調查區(qū)域。再利用內外方位元素對傾斜攝影相片組的幾何空間姿態(tài)進行恢復，利用地面控制點對整個區(qū)域進行實景的三維建模。傾斜攝影三維建模技術流程如圖1所示。

本研究使用ContextCapture Center軟件對鄭州市某地區(qū)進行三維建模，使三維建模技術從理論層面過渡到實踐層面，通過對無人機傾斜攝影數(shù)據(jù)進行處理，將三維數(shù)據(jù)清楚、立體地展現(xiàn)出來，并利用模型對無人機傾斜攝影在土地調查中的應用進行分析。觀察三維建模對耕地的建模效果，以此來論證將無人機傾斜攝影三維建模技術應用到調查全國耕地面積之中的可行性。

將數(shù)據(jù)導入后按流程進行操作，最終得到實景三維模型，如圖2所示。

由圖2可知，在建立三維模型后，所需要的地物信息、特征等都可清楚表達，很好地展示出了建筑物位置及土地類別，從而極大地提高了影像的利用價值，可滿足土地調查需要。

由試驗可知：首先，通過建模成果可清楚地觀察到建筑物的側面信息，打破了傳統(tǒng)技術只能得到正射影像的限制，能更加完整地獲得地物信息，有利于土地調查工作的進行；其次，使用傾斜攝影測量技術進行數(shù)據(jù)處理，更加方便快捷，可有效提高土地調查工作的效率；再次，無人機傾斜攝影技術受天氣或環(huán)境的影響小，對外業(yè)勘測的工作要求不高，模型也更加真實；最后，無人機傾斜攝影三維建模造價更低廉，在為土地調查工作提供更為精準模型的同時，成本也得到更為有效地節(jié)約。

4 結論

本研究主要介紹了無人機傾斜攝影技術在土地調查中的應用，包括無人機傾斜攝影的技術特征及技術優(yōu)勢、無人機傾斜攝影技術在地籍調查與土地利用現(xiàn)狀調查中的具體應用，并利用無人機傾斜攝影技術獲取的相片數(shù)據(jù)進行實景三維建模構建。

無人機傾斜攝影技術為我國土地調查工作提供強大的技術支持。無人機傾斜攝影技術三維建模的數(shù)據(jù)成果可滿足土地調查需求，且相較于傳統(tǒng)的土地調查手段，使用無人機傾斜攝影技術所構建的實景三維模型進行土地調查，數(shù)據(jù)信息的豐富程度明顯提高，工作效率大幅提升，調查工作的成本也能有效降低。此外，將無人機傾斜攝影技術應用于土地調查中，更有利于調查工作后期的數(shù)據(jù)統(tǒng)計與數(shù)據(jù)分析。

參考文獻：

［1］南智勇.淺析無人機航測在國土資源測繪中的應用［J］.華北自然資源，2020（4）：102-104.

［2］劉亞蕓.淺談無人機傾斜攝影測量三維建模及應用［J］.科學與信息化，2019（32）：25.

［3］杜洪濤，郭敏，魏國芳，等.基于無人機傾斜攝影技術的大比例尺地形圖測繪方法［J］.城市勘測，2018（6）：63-66，81.

［4］劉洋.無人機傾斜攝影測量影像處理與三維建模的研究［D］.南昌：東華理工大學，2016.

［5］鐘敦麗.地籍調查與土地利用現(xiàn)狀調查的有機銜接探討［J］.產業(yè)與科技論壇，2020（21）：230-231.

［6］文小勇，毛忠安.無人機傾斜攝影測量技術在線性工程土地勘測定界中的應用探討［J］.科技創(chuàng)新與應用，2018（32）：175-177，179.

［7］吳攀.無人機低空傾斜攝影測量在地籍測量中的應用［J］.建筑工程技術與設計，2019（25）：4195.

［8］雷瑜，周吾珍.淺析無人機傾斜攝影測量技術在國土調查中的應用前景［J］.資源與人居環(huán)境，2019（7）：11-13.

［9］高小琴.無人機航測技術在第三次全國國土調查中的應用［J］.華北自然資源，2020（5）：72-73.

［10］鄭輝.淺談無人機傾斜攝影測量技術在國土調查中的應用［J］.門窗，2019（19）：256.