消費級無人機傾斜攝影系統(tǒng)在農(nóng)村房地一體不動產(chǎn)測繪中的應(yīng)用

徐建國

(甘肅省測繪工程院，甘肅 蘭州 730000)

農(nóng)村房地一體不動產(chǎn)測繪屬于地籍測量范疇，目前主要采用的全野外數(shù)字化測量方法效率低、勞動強度大，而且由于農(nóng)村人空巢化現(xiàn)象嚴(yán)重，因鎖門無法進(jìn)入，導(dǎo)致測量人員沒辦法獲取所需外業(yè)數(shù)據(jù)，存在很大的測繪死角。無人機航攝系統(tǒng)尤其是消費級無人機應(yīng)用到測繪領(lǐng)域，以其操作簡單便捷，使用成本低，靈活機動性強，智能化程度高等特點，迅速得到推廣應(yīng)用。本文系統(tǒng)闡述利用消費級無人機傾斜攝影測量方法，采用裸眼三維立體測圖模式，進(jìn)行農(nóng)村房地一體不動產(chǎn)測繪項目。實踐證明該技術(shù)方法使用成本低、機動靈活、成果直觀精度高，在大比例尺測圖尤其是農(nóng)村房地一體不動產(chǎn)測繪項目具有極大的應(yīng)用推廣價值。

1 消費級無人機傾斜攝影系統(tǒng)簡介

消費級無人機傾斜攝影系統(tǒng)由以下部分組成：

飛行器：大疆精靈4Pro，包括飛機、遙控器、電池組。特點是飛行智能程度高，便于操作。飛機自帶蟬翼云臺減震效果好，可以很好地保證影像數(shù)據(jù)質(zhì)量。飛機體積小，不受起飛場地影響[1]。

地面站：包括傾斜攝影航線設(shè)計軟件及掌上電腦。特點是航線設(shè)計自動化程度高，只需要在谷歌地圖上圈定測繪范圍，輸入航高和航線旁向重疊度即可，軟件自動調(diào)整正攝及傾斜相機角度，簡單易學(xué)便于掌握。

空三及三維建模：采用Context Capture Master等空三建模軟件，軟件自動化程度高，大疆精靈4Pro相片自帶POS數(shù)據(jù)，空三數(shù)據(jù)處理無需單獨整理相片POS數(shù)據(jù)，極大地提高了生產(chǎn)效率。

裸眼三維立體采集編輯：采用清華山維EPS等軟件在真三維模型上采集，不需要專門立體設(shè)備，數(shù)據(jù)采集簡單直觀無死角，容易掌握。

2 消費級無人機傾斜攝影系統(tǒng)生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)流程

消費級無人機傾斜攝影系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)村房地一體不動產(chǎn)測繪技術(shù)流程主要包括設(shè)計書編寫、航飛、三維建模、權(quán)屬底圖制作、立體采集、編輯入庫[2]。如圖1所示。

圖1 測繪技術(shù)流程圖

本文以某地區(qū)9個鄉(xiāng)鎮(zhèn)20 000宗宅基地地籍測繪項目為例，論述項目實施過程，成果的精度以及項目生產(chǎn)效益評定。測區(qū)地處甘肅省境內(nèi)，屬于典型的山區(qū)，測區(qū)內(nèi)居民地以街區(qū)式為主分布于山谷，極少部分居民地以散列式和分散式沿山坡分布。測區(qū)平均困難類別屬于Ⅱ類。

2.1 項目前期準(zhǔn)備工作

本項目主要關(guān)注點是房屋、圍墻等地籍要素，所以結(jié)合測區(qū)居民地分布情況，主要對街區(qū)式為主分布居民地進(jìn)行航飛，對部分散列式分布的居民地采取全野外數(shù)字化測量方式。根據(jù)測區(qū)居民地分布情況劃分了70個航飛區(qū)域，航飛區(qū)域(部分)劃分如圖2。

圖2 航飛區(qū)域劃分圖

根據(jù)項目精度要求及收集資料信息編寫項目技術(shù)設(shè)計書，同時做好航飛準(zhǔn)備工作：(1)根據(jù)測區(qū)的地物分布、交通情況及測區(qū)范圍內(nèi)高層建筑或較高信號塔等影響航飛安全因素，初步設(shè)計劃分航飛區(qū)域及起降點；(2)根據(jù)成果精度要求及相機主距、像元大小等參數(shù)，設(shè)計航飛高度及重疊度。

2.2 像控點布設(shè)

像控點采用區(qū)域網(wǎng)像控點布設(shè)法，即測區(qū)四周布設(shè)平高點，內(nèi)部布設(shè)一定數(shù)量的平高點或高程點，一般一個航飛區(qū)域只需要布設(shè)5～6個像控點。航飛區(qū)域像控點重點布設(shè)在區(qū)域外圍拐角處，統(tǒng)一采用單點雙測的方式布設(shè)。雙測主像控點用于空三加密控制點，命名為P1，2┈，雙測輔像控點用于檢查點，命名為P1，2┈-1。像控點一般采用預(yù)設(shè)地標(biāo)點的方法。像控點采用甘肅省衛(wèi)星定位連續(xù)運行基準(zhǔn)站網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)RTK直接獲取CGCS2000成果，觀測時采用輔助對中杠對中、整平，每個像控點觀測2次，取平均數(shù)作為最終像控點成果；這樣既便于空三加密像控點刺點同時也可以提高成圖精度[3]。像控點樣式如下：

圖3 像控點示意圖

2.3 無人機傾斜攝影

消費級無人機傾斜攝影測繪系統(tǒng)一般采集5個視角的影像，分別包含1個正射角度影像和4個傾斜角度影像。本項目要求1∶1000精度，地面分辨率需5 km。在Rtechgo航線規(guī)劃軟件中只需輸入航高(60 m)及航向、旁向重疊度。其中航向重疊度一般設(shè)定為70%～80%。旁向重疊度設(shè)定為60%～70%。航線規(guī)劃軟件可以自動設(shè)計5個視角航線，自動調(diào)整正攝和傾斜鏡頭角度，5個視角航線井字型飛行。

消費級無人機傾斜攝影測繪系統(tǒng)設(shè)備簡單輕巧，本項目共組織兩個航飛組，每組3人。各組負(fù)責(zé)各自任務(wù)區(qū)的像控點布設(shè)及聯(lián)測、航飛及數(shù)據(jù)處理。

2.4 實景三維建模

實景三維建模過程包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、空三加密、建模三個環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備主要是整理航飛影像數(shù)據(jù)、相機文件、POS數(shù)據(jù)以及像控點數(shù)據(jù)。常用的三維建模軟件有Context Capture Master、PhotoScan、Pix4DMapper等?？杖用苁菍嵕叭S建模的核心環(huán)節(jié)之一，為提高成果的位置精度水平，需要將外業(yè)采集像控點數(shù)據(jù)刺點至對應(yīng)的像片，要求各個視角均選刺一定數(shù)量的像片。刺點完成后，運行空三加密，軟件自動進(jìn)行多視角影像密集匹配、區(qū)域網(wǎng)平差，確定像片之間的位置對應(yīng)關(guān)系?；谠加跋駭?shù)據(jù)和空三成果，經(jīng)三維TIN構(gòu)建、自動紋理映射等流程，生產(chǎn)制作實景三維模型及其派生數(shù)據(jù)，包括正射影像、數(shù)字表面模型、點云等數(shù)據(jù)。

本項目采用Context Capture Master三維建模軟件，利用四臺服務(wù)器組成節(jié)點網(wǎng)，軟件自動化程度高，且空三和建模都在后臺運行，設(shè)備可以24 h不間斷運行，極大地提高了工作效率。

2.5 地籍要素底圖制作

利用已有的第二次土地調(diào)查權(quán)屬信息數(shù)據(jù)或本次外業(yè)補充調(diào)查的權(quán)屬信息以三維建模派生的正攝影像為基礎(chǔ)制作籍要素調(diào)查信息底圖。包括界址點位置、個數(shù)，宗地權(quán)利人名稱等。調(diào)查信息底圖作為內(nèi)業(yè)采集地籍要素的作業(yè)依據(jù)。

2.6 內(nèi)業(yè)采集地籍要素

實景三維測圖實現(xiàn)了真實的裸眼三維測圖，相對傳統(tǒng)立體測圖更直觀，硬件門檻更低，讓普通筆記本就可滿足測圖需求，軟件操作更加簡單，內(nèi)外業(yè)人員都可輕松采集。相對于傳統(tǒng)測量方式，節(jié)省了80%以上的野外采集、調(diào)繪工作，縮短了成圖周期，大幅度降低了生產(chǎn)成本。常用的二三維一體化測圖軟件有SV360三維智測系統(tǒng)、南方數(shù)碼iData_3D、清華山維EPS、航天遠(yuǎn)景MapMatrix3D、泰樂TSD 3DMapper等。本項目采用清華山維EPS軟件，將人員分成7個數(shù)據(jù)采集組，要求在三維模型上采集界址點、房屋及其附屬設(shè)施，為提高采集精度，要求采集人員隨時調(diào)整模型角度使自己視線與模型始終保持45度角。

三維采集完成后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成.DWG格式，導(dǎo)入CAS成圖軟件中進(jìn)行空間數(shù)據(jù)編輯及地籍圖、宗地圖編輯。

2.7 數(shù)據(jù)庫建設(shè)

利用專業(yè)入庫軟件將宗地圖、地籍圖及各種權(quán)籍信息入庫，制作農(nóng)房一體數(shù)據(jù)庫。

3 項目應(yīng)用精度及項目運行效率分析

3.1 應(yīng)用精度分析評定

對采用消費級無人機傾斜測繪系統(tǒng)法完成的某地區(qū)20 000宗農(nóng)村房地一體不動產(chǎn)測繪項目采用野外打點法及邊長丈量法對產(chǎn)品進(jìn)行平面絕對精度和相對精度檢測。本項目產(chǎn)品不涉及高程，故未對高程精度進(jìn)行評定。

平面絕對精度檢測共檢測界址點300個，最大誤差0.06 m，最小誤差0.003，中誤差為±0.45 m；明顯地物點1 173個，剔除18處粗差，粗差率為1.5%，最大誤差0.180 m，最小誤差0.009 m，中誤差為±0.061 m，平面相對精度檢測共檢測地物邊長500條，最大誤差0.110 m，最小誤差0.02 m，中誤差為±0.07 m。各項指標(biāo)均符合《城市測量規(guī)范》(CJJ/T8—2011)及《地籍調(diào)查規(guī)程》(TD/1001—2012)相關(guān)指標(biāo)，界址點限差見表1。

表1 界址點限差表

3.2 應(yīng)用效益分析評定

通過采用消費級無人機傾斜攝影測繪系統(tǒng)和傳統(tǒng)測繪方法實施該項目，從項目投入人員、設(shè)備數(shù)量，項目實施周期等方面予以分析，具體見表2應(yīng)用效應(yīng)分析評定對比：

表2 應(yīng)用效應(yīng)分析評定對比表

4 結(jié)論

該項目證明，利用消費級無人機傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行農(nóng)村房地一體不動產(chǎn)測繪，能夠滿足規(guī)范精度要求，成倍提高工作效率，降低項目生產(chǎn)成本。其優(yōu)勢主要為以下幾點：

(1)作業(yè)效率高，勞動強度小。消費級無人機傾斜攝影測繪技術(shù)數(shù)據(jù)獲取快捷，將80%的外業(yè)工作轉(zhuǎn)換成內(nèi)業(yè)工作，大幅降低外業(yè)工作量和工作強度，提高了工作效率。

(2)數(shù)據(jù)采集全面直觀無死角。作業(yè)員可直接在三維作業(yè)環(huán)境下進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和編輯，相當(dāng)于把外業(yè)現(xiàn)場搬到室內(nèi)，不需要繪制草圖，場景360度旋轉(zhuǎn)無死角，幾乎可以做到零粗差、零漏繪，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

(3)操作智能程度高，易于掌握，對技術(shù)人員要求低。消費級無人機傾斜攝影測繪技術(shù)包括航飛、空三及模型數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)采集三個環(huán)節(jié)。航飛可以做到零基礎(chǔ)操作，地面操控軟件Rtechgo智能程度高，航線設(shè)計一鍵搞定，不需要航測專業(yè)知識也可完成?？杖澳Ｐ蛿?shù)據(jù)處理全自動化，人工干預(yù)很少。裸眼立體環(huán)境數(shù)據(jù)采集，不需要專門立體設(shè)備，普通電腦即可以生產(chǎn)。

(4)飛行硬件成本低，有利于降低生產(chǎn)成本。無人機是高風(fēng)險行業(yè)，一旦發(fā)生炸機事件，飛行硬件成本就是我們生產(chǎn)單位必須考慮的因素。相對于動輒幾十萬甚至上百萬的無人機航測系統(tǒng)，消費級無人機傾斜攝影測繪系統(tǒng)飛行硬件成本只有兩萬左右。遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他傳統(tǒng)無人機測繪系統(tǒng)的十幾、幾十萬的飛行硬件成本。便于降低項目生產(chǎn)成本和飛行操控人員的操作壓力。

(5)飛行機組人員少，有利于降低生產(chǎn)成本。動輒幾十萬甚至上百萬的大型無人機航測系統(tǒng)，機組最少需要地面站一人、操控手一人、司機一人、車輛一臺、測量員一人(施測像控點)。消費級無人機傾斜攝影測繪系統(tǒng)只需要操控手一人(地面站和操控一人就足夠)、測量員一人(施測像控點)。設(shè)備運輸簡單，全部設(shè)備只需小背包就足夠。

(6)受空域限制少，有利于提高生產(chǎn)效率。所有載人或無人機航測系統(tǒng)按照空管規(guī)定，飛行都需要申辦空域(空域辦理流程復(fù)雜、周期長)。否則就屬于黑飛，一旦出事后果很嚴(yán)重。消費級無人機傾斜攝影測繪系統(tǒng)飛行器屬于消費級輕量無人機，只有軍事禁區(qū)和機場限制，其他區(qū)域不受空管限制，只要天氣好隨時可以飛行，便于生產(chǎn)。