無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在西藏江孜縣農(nóng)村房地一體確權(quán)登記中的應(yīng)用

潘紅平 晉良高 袁 龍

（四川省測(cè)繪技術(shù)服務(wù)中心，四川 成都 610081）

0.引言

根據(jù)《日喀則市自然資源局關(guān)于進(jìn)一步加快推進(jìn)農(nóng)村宅基地確權(quán)登記發(fā)證工作的通知》，要求全市各縣加快推進(jìn)農(nóng)村房地一體不動(dòng)產(chǎn)確權(quán)登記工作進(jìn)度和發(fā)證工作，確保全市農(nóng)村宅基地發(fā)證工作于2020年底全面完成。江孜縣人民政府于2020年啟動(dòng)了全縣19個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)村宅基地、集體建設(shè)用地的房地一體不動(dòng)產(chǎn)“修補(bǔ)測(cè)”工作。江孜縣總面積3771km2，地勢(shì)南北高，平均海拔4000m左右。由于本次房地一體不動(dòng)產(chǎn)確權(quán)登記工作量大、任務(wù)緊、自然條件差等諸多因素影響，如果采用傳統(tǒng)實(shí)測(cè)技術(shù)方法開(kāi)展本地區(qū)的基礎(chǔ)圖形采集工作，需要大量的外業(yè)測(cè)量工作，一方面進(jìn)度無(wú)法保證；另一方面對(duì)人力、物力、財(cái)力消耗也非常大。

傾斜攝影技術(shù)是通過(guò)在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)傳感器（多鏡頭相機(jī)），同時(shí)從垂直、傾斜等不同角度采集影像，獲取地面物體更為完整準(zhǔn)確的信息[1]。最近這幾年，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在各領(lǐng)域得到了充分應(yīng)用，采集精度和效率越來(lái)越高，因此利用高精度無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)開(kāi)展西藏江孜縣農(nóng)村房地一體確權(quán)登記工作是提質(zhì)增效的一個(gè)有效的技術(shù)手段。

1.技術(shù)路線(xiàn)

根據(jù)第三次國(guó)土調(diào)查成果“203”圖斑標(biāo)注及遙感影像分析，在全縣范圍內(nèi)共劃分了200多個(gè)航攝區(qū)塊，并對(duì)每一個(gè)航攝區(qū)塊進(jìn)行航線(xiàn)設(shè)計(jì)；采用飛馬智能航測(cè)系統(tǒng)D200進(jìn)行江孜縣房地一體確權(quán)登記項(xiàng)目高分辨率數(shù)碼傾斜影像的獲取，D200主打“高精度成圖”，是一款多旋翼平臺(tái)高精度無(wú)人機(jī)航測(cè)采集系統(tǒng)；利用GNSS-RTK技術(shù)對(duì)測(cè)區(qū)像片控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量；內(nèi)業(yè)采用空三加密處理軟件進(jìn)行空中三角測(cè)量加密處理，構(gòu)建模型的步驟依次為生成密集點(diǎn)云、構(gòu)建TIN模型、自動(dòng)映射紋理，經(jīng)過(guò)一系列處理之后可獲得三維場(chǎng)景模型；最后采用傾斜攝影實(shí)景三維裸眼測(cè)圖方式，使用易繪eFeature立體測(cè)圖采編一體軟件進(jìn)行江孜縣房地一體項(xiàng)目地籍圖及房產(chǎn)圖要素采集。工作流程（如圖1所示）：

圖1 工作流程圖

2.關(guān)鍵技術(shù)方法

2.1 航線(xiàn)設(shè)計(jì)

利用無(wú)人機(jī)管家結(jié)合航攝區(qū)塊范圍、遙感影像以及數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)進(jìn)行航線(xiàn)設(shè)計(jì)，飛馬無(wú)人機(jī)可根據(jù)地形進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整航攝高度。江孜縣房地一體項(xiàng)目考慮了相關(guān)技術(shù)規(guī)范精度要求，地面分辨率設(shè)計(jì)為1.5cm。在進(jìn)行行高設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)合傾斜相機(jī)的性能，按照公式H=f×GSD/α進(jìn)行計(jì)算，式中，H為航攝高度，單位為m；f 為鏡頭焦距，單位為mm；α為像元尺寸，單位為mm；GSD為地面分辨率，單位為m。

航攝重疊度可以按照建筑稀少區(qū)域和建筑密集區(qū)域兩類(lèi)情況進(jìn)行設(shè)置。在無(wú)高層建筑且建筑物稀少、地形地物高差比較小的區(qū)域，無(wú)人機(jī)傾斜攝影時(shí)考慮包括俯仰、側(cè)傾一些影響因素，航向、旁向重疊度應(yīng)大于70%；對(duì)于遮擋嚴(yán)重的建筑物密集區(qū)域，應(yīng)設(shè)計(jì)加大航向、旁向重疊度。如果重疊度偏低，航攝時(shí)無(wú)人機(jī)可能不會(huì)從一些建筑上空飛過(guò)，在模型構(gòu)建時(shí)就會(huì)造成建筑模型幾何結(jié)構(gòu)的粘結(jié)，為避免出現(xiàn)模型幾何結(jié)構(gòu)粘結(jié)的情況出現(xiàn)，提高影像采集質(zhì)量，對(duì)于建筑物密集區(qū)域的影像重疊度按照80%-90%設(shè)計(jì)。

2.2 像控測(cè)量

像控點(diǎn)坐標(biāo)精度是影響傾斜攝影模型精度的關(guān)鍵因素，因此在進(jìn)行野外像控點(diǎn)目標(biāo)選擇和點(diǎn)位測(cè)量方面應(yīng)嚴(yán)格按照一定要求進(jìn)行。像控點(diǎn)布設(shè)合理且正確后，再進(jìn)行空三加密處理，傾斜攝影模型精度才能得到保證。江孜縣屬高海拔地區(qū)，區(qū)內(nèi)構(gòu)筑物稀少，地面影像特征點(diǎn)較少，同時(shí)為了提高像控測(cè)量精度，需要在航飛前將預(yù)制的像控測(cè)量標(biāo)志提前布設(shè)到相應(yīng)地點(diǎn)，或?qū)嵉貒娡俊癓”字油漆標(biāo)志（如圖2所示），像控點(diǎn)盡量布設(shè)在航線(xiàn)重疊結(jié)合處，重疊部位無(wú)法布設(shè)像控點(diǎn)時(shí)的應(yīng)分別布設(shè)，點(diǎn)位距像片邊緣不應(yīng)小于150像素。

圖2 像控布設(shè)

像控測(cè)量充分利用了江孜縣全域2000國(guó)家大地坐標(biāo)系控制網(wǎng)建設(shè)成果，采用西藏CORS、網(wǎng)絡(luò)RTK、電臺(tái)模式進(jìn)行施測(cè)，測(cè)量技術(shù)要求按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范中關(guān)于圖根點(diǎn)施測(cè)的規(guī)定，點(diǎn)位應(yīng)處于視野開(kāi)闊、周?chē)叽蠼ㄖ镙^少，且距離無(wú)線(xiàn)電發(fā)射源和高壓線(xiàn)不少于30m的地方，并制作控制點(diǎn)點(diǎn)位信息表。

像控點(diǎn)選取應(yīng)充分考慮明顯特征地物點(diǎn)，應(yīng)選在地物明顯拐角、細(xì)小線(xiàn)狀地物交點(diǎn)（交角30°-150°）、微小點(diǎn)狀地物中心（原始影像中不大于3×3像素）；由于弧形地物特征不明顯，陰影不固定，不應(yīng)選取為像控點(diǎn)。像控點(diǎn)影像應(yīng)清晰，易于判別和立體量測(cè)。

2.3 無(wú)人機(jī)航攝

采用飛馬智能航測(cè)系統(tǒng)D200進(jìn)行傾斜攝影，無(wú)人機(jī)平臺(tái)飛行參數(shù)（如表1所示），傾斜攝影采用DOP200傾斜模塊，模塊參數(shù)（如表2所示）：

表1 飛行參數(shù)

表2 D-OP200傾斜模塊

在航攝區(qū)塊范圍附近選取起降場(chǎng)地，并選擇合適的天氣進(jìn)行航空攝影。航攝時(shí)飛機(jī)與地面站應(yīng)保持通訊暢通。無(wú)人機(jī)起飛并執(zhí)行影像獲取任務(wù)，期間作業(yè)人員密切關(guān)注無(wú)人機(jī)飛行狀態(tài)，如發(fā)現(xiàn)異常，立即采取應(yīng)急措施，返航或前往備降點(diǎn)降落。無(wú)人機(jī)降落后應(yīng)及時(shí)下載POS（Position and Orientation System，POS）和影像數(shù)據(jù)，并初步檢查POS和影像有無(wú)缺失、云霧、模糊等，如存在問(wèn)題，及時(shí)選擇適航天氣開(kāi)展補(bǔ)飛或重飛。傾斜攝影獲取的影像質(zhì)量應(yīng)符合相關(guān)要求，影像紋理應(yīng)清晰并能分辨出細(xì)小地物，滿(mǎn)足建立清晰三維立體模型的要求，對(duì)于模糊、拉花、反差大、色調(diào)不柔和的影像應(yīng)重新獲取。

2.4 三維建模

傾斜攝影三維建模是在空三加密的基礎(chǔ)上將傾斜相機(jī)拍攝的大量無(wú)序的航片進(jìn)行相對(duì)定向和絕對(duì)定向，建立統(tǒng)一的空間模型。首先是將無(wú)人機(jī)獲取的傾斜攝影數(shù)據(jù)導(dǎo)入到ContextCapture建模軟件中，利用航片POS數(shù)據(jù)、像控點(diǎn)坐標(biāo)，通過(guò)高性能集群圖形工作站計(jì)算，進(jìn)行空三處理、密集點(diǎn)云生成，點(diǎn)云構(gòu)成TIN模型，結(jié)合航片生成貼有紋理的三維模型。在使用建模軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理之前，為了使數(shù)據(jù)格式正確并保證資料完整，需要對(duì)航拍獲取的航片和實(shí)地采集的像控點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)按照一定的格式要求進(jìn)行預(yù)處理，其技術(shù)流程（如圖3所示）：

圖3 三維建模構(gòu)建流程圖

模型構(gòu)建主要按照密集點(diǎn)云生成、構(gòu)建TIN模型和自動(dòng)映射紋理的先后順序進(jìn)行。在外業(yè)航攝和像控測(cè)量的基礎(chǔ)上先進(jìn)行空中三角測(cè)量解算，同時(shí)通過(guò)多鏡頭傾斜攝影密集匹配生成密集點(diǎn)云。由于密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)量大，考慮到計(jì)算機(jī)處理效率和速度，在進(jìn)行TIN模型構(gòu)建前應(yīng)先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊，然后再對(duì)TIN模型依據(jù)三角網(wǎng)所構(gòu)成曲面的曲度變化進(jìn)行優(yōu)化；最后將TIN模型和紋理影像進(jìn)行配準(zhǔn)和貼圖，且同時(shí)為帶紋理的模型建立多細(xì)節(jié)、多層次的LOD，便于對(duì)文件的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，提高模型分層次瀏覽的效率[2]。處理完成后的三維場(chǎng)景模型（如圖4所示）：

圖4 場(chǎng)景模型視圖

2.5 三維裸眼測(cè)圖采集

三維裸眼測(cè)圖相較于傳統(tǒng)航測(cè)立體測(cè)圖是一種全新的采集方式，傾斜攝影裸眼測(cè)圖是直接在實(shí)景三維模型基礎(chǔ)上采集的技術(shù)，三維實(shí)景模型通過(guò)在無(wú)人機(jī)上搭載5個(gè)方向鏡頭進(jìn)行傾斜攝影測(cè)量，全方位獲取建筑物紋理信息，通過(guò)三維建模精確還原建筑物形狀。作業(yè)采集人員全程無(wú)需戴立體眼鏡，利用裸眼直接看到地物地貌信息，通過(guò)旋轉(zhuǎn)平移等操作可以多角度看清建筑物的每一個(gè)細(xì)節(jié)；可直接在實(shí)景三維模型上勾繪建筑物圖形，具有可量測(cè)和屬性采集效果。

江孜縣屬高海拔地區(qū)，植被稀少，建筑物被遮擋的地方很少，因此特別適合西藏地區(qū)農(nóng)村房地一體確權(quán)圖形數(shù)據(jù)的采集。矢量圖形采集主要用到了易繪eFeature立體測(cè)圖采編一體軟件（如圖5所示），采用傾斜攝影實(shí)景三維裸眼測(cè)圖方式采集矢量圖形，進(jìn)行江孜縣房地一體確權(quán)登記項(xiàng)目地籍圖及房產(chǎn)圖要素采集，采集圖上表示的內(nèi)容有：居民地及設(shè)施、水系及附屬設(shè)施、交通及附屬設(shè)施、地貌、植被與土質(zhì)、注記等。

圖5 易繪eFeature三維裸眼測(cè)圖采集

2.6 地籍圖調(diào)繪與核查

通過(guò)傾斜攝影實(shí)景三維裸眼測(cè)圖方式判讀采集的地籍圖或多或少地會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)漏及名稱(chēng)不清，存在部分地物被遮擋、三維模型模糊和影像變形等情況時(shí)，需要利用傳統(tǒng)測(cè)量設(shè)備例如GNSS-RTK、全站儀、測(cè)距儀、鋼尺等工具進(jìn)行輔助測(cè)量，核實(shí)采集的要素內(nèi)容的正確性，并補(bǔ)測(cè)遺漏地物、地物名稱(chēng)等。調(diào)繪工作應(yīng)與三維裸眼測(cè)圖、數(shù)據(jù)編輯等過(guò)程有效銜接，保證地形要素表達(dá)的完整性和準(zhǔn)確性，航空攝影后至外業(yè)調(diào)繪期間，新增的道路、房屋以及其他重要地物，外業(yè)調(diào)繪時(shí)必須進(jìn)行補(bǔ)測(cè)。

核查的主要內(nèi)容包括：居民地房屋及附屬設(shè)施有無(wú)錯(cuò)漏，房屋結(jié)構(gòu)及層數(shù)是否正確；水系位置、流向及其連通性等；道路邊線(xiàn)位置、等級(jí)及其邏輯性關(guān)系等；陡坎、斜坡等地貌特征表示是否正確；植被種類(lèi)、符號(hào)及地類(lèi)界表示是否正確；單位名稱(chēng)是否正確；地物數(shù)學(xué)精度是否合格等。

2.7 集中指界確權(quán)

傳統(tǒng)指界確權(quán)一般為實(shí)地指界，指界雙方到現(xiàn)場(chǎng)指認(rèn)權(quán)屬界線(xiàn)和范圍，考慮到江孜縣境內(nèi)集中居民地已進(jìn)行過(guò)傾斜攝影及三維影像建模，三維影像模型真實(shí)、紋理清晰、易于識(shí)別的特點(diǎn)，進(jìn)行了利用傾斜攝影三維模型現(xiàn)場(chǎng)集中指界的應(yīng)用研究，開(kāi)展了康卓鄉(xiāng)崗古村、卓帕村、卓麥村的試點(diǎn)集中指界確權(quán)?，F(xiàn)場(chǎng)集中在三維影像上指界、集中采集農(nóng)戶(hù)電子信息、集中簽署相關(guān)文書(shū)的工作方法。通過(guò)試點(diǎn)集中指界確權(quán)發(fā)現(xiàn)，利用傾斜攝影三維模型集中指界確權(quán)方法可行，與傳統(tǒng)作業(yè)調(diào)查模式相比效率更高、更直觀。

3.成果評(píng)價(jià)

為了驗(yàn)證三維傾斜攝影測(cè)量的精度及在江孜縣農(nóng)村房地一體確權(quán)登記項(xiàng)目中應(yīng)用的可行性，綜合考慮區(qū)塊整體分布、設(shè)備差異等因素，在傾斜攝影實(shí)景三維模型完成后共選取24個(gè)區(qū)塊進(jìn)行實(shí)地測(cè)點(diǎn)、量邊檢測(cè)，實(shí)地巡圖檢查，成果經(jīng)過(guò)兩級(jí)檢查，精度均符合規(guī)范要求，能滿(mǎn)足江孜縣農(nóng)村房地一體確權(quán)登記項(xiàng)目的需要，項(xiàng)目各項(xiàng)資料齊全，內(nèi)容完整。

4.結(jié)束語(yǔ)

利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)開(kāi)展江孜縣農(nóng)村房地一體確權(quán)登記項(xiàng)目地籍圖及房產(chǎn)圖要素采集是在農(nóng)村房地一體確權(quán)領(lǐng)域應(yīng)用測(cè)繪新技術(shù)應(yīng)用上的一次成功實(shí)踐，與傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)相比有較多的優(yōu)點(diǎn)，具有使用靈活、作業(yè)效率高、三維模型精度高、成圖快及作業(yè)成本低等特點(diǎn)。采用無(wú)人機(jī)三維傾斜攝影測(cè)量技術(shù)具有很大的優(yōu)勢(shì)，能最大限度節(jié)約人工和時(shí)間成本[3]，減少了大量的外業(yè)測(cè)圖工作，減少了測(cè)量人員外業(yè)作業(yè)強(qiáng)度。通過(guò)測(cè)試分析，得出無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的精度能滿(mǎn)足規(guī)范要求，論證了無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在農(nóng)村房地一體中應(yīng)用的可行性。對(duì)在西藏地區(qū)開(kāi)展同類(lèi)型的項(xiàng)目具有示范作用。