無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在土地確權(quán)調(diào)查中的應(yīng)用

高登峰

（東莞市測繪院，廣東東莞 523000）

隨著科技的發(fā)展，無人機(jī)已被應(yīng)用到生活中的許多方面，最常使用的是通過無人機(jī)的低空多鏡頭攝影來獲取高清影像，生成三維數(shù)據(jù)信息，幫助我們有效獲取地理信息，這種獲取地理信息的方式可以有效降低成本、同時獲得的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)且操作方便，而傾斜攝影技術(shù)則可以使得影像更加立體直觀，無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在不動產(chǎn)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用，如宅基地使用權(quán)、集體土地使用權(quán)、建設(shè)用地使用權(quán)等土地確權(quán)中的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的地基測繪技術(shù)相比減少了大量的外業(yè)工作不用進(jìn)行實地測量。

一、無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)流程

1.工作原理

傾斜攝影技術(shù)主要是從不同的角度來采集圖像信息，包括垂直和傾斜的角度，一般會從五個角度進(jìn)行圖像采集，目的是為了獲取更完整的圖像信息得到圖像更多的側(cè)面信息，包括坐標(biāo)、方位、航速、高度等信息。傾斜攝影技術(shù)的精度取決于影像拍攝的POS的精度和影像的航向和旁向的重疊度，較高精度可以幫助獲取更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，精度需要掌握模型的絕對精度和平面誤差的相對精度，這些信息有利于對影像進(jìn)行重建，多視角的采集影像可以有利于更加直觀的觀測數(shù)據(jù)同時獲取影像更多的側(cè)面信息。獲取的影像通過多視影像匹配、區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差、三維建模、DSM生成等流程得到最終的測繪產(chǎn)品。

2.航空攝影情況分析

在進(jìn)行拍攝之前需要調(diào)整航空攝影情況，將各拍攝參數(shù)設(shè)置為適合測區(qū)攝影的模式，采用大疆精靈進(jìn)行飛行，航飛高度為90m，飛行方式采用井字形隊列，使用單鏡頭拍攝，分別率調(diào)整為0.03m，接下來進(jìn)行航線設(shè)計，航向的重疊度設(shè)置為70%，旁向重疊度設(shè)置為70%，圖像尺寸設(shè)置為5312像素×3217像素，像素大小為3.12，相機(jī)寬高比為3:2，GSD的值設(shè)置為0.024。

3.影像數(shù)據(jù)的獲取與處理

測繪項目的實施一般分為三個階段，分別是數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)生產(chǎn)階段。使用無人機(jī)獲取影像數(shù)據(jù)時，首先要考慮的是航線規(guī)劃，根據(jù)待測區(qū)域的具體情況進(jìn)行分析并且制定合理的拍攝航線。包括設(shè)置合理的飛行高度、調(diào)整合適的精度以及影像重疊度等相關(guān)參數(shù)，制定好航線以及設(shè)置好參數(shù)以后進(jìn)行飛行獲取影像數(shù)據(jù)。獲取影像數(shù)據(jù)以后將數(shù)據(jù)導(dǎo)入smart3D軟件中進(jìn)行處理，對各坐標(biāo)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置同時完成各項檢查，包括POS數(shù)據(jù)檢查、傾斜影像技術(shù)檢查以及飛行質(zhì)量檢查，同時對照片進(jìn)行篩選檢查照片是否有問題，完成照片篩選及相關(guān)預(yù)處理工作以后導(dǎo)入數(shù)據(jù)進(jìn)行空三處理，然后再進(jìn)行三維建模、三維點(diǎn)云以及DOM的操作。

4.數(shù)據(jù)生成

將空三處理后的結(jié)果進(jìn)行三維建模得到一個實景的三維模型，該三維模型經(jīng)過了對匹配、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、貼圖處理以及形成格網(wǎng)等流程。然后根據(jù)實景三維模型以及空三處理的文件對其進(jìn)行貼圖匹配處理以及格網(wǎng)正射，從而得到真正的測取正射影像（TDOM），檢查正射影像數(shù)據(jù)，觀察是否出現(xiàn)畸變差影像，對畸變差影像數(shù)據(jù)進(jìn)行糾正。完成空三處理、實景三維建模、以及畸變差影像糾正操作以后使用測圖軟件導(dǎo)入數(shù)據(jù)生成影像信息，而操作員需要利用各項信息進(jìn)行繪圖，在這一過程中需要根據(jù)國際要求明確圖層的屬性信息，在工程中也需要根據(jù)點(diǎn)、線、面進(jìn)行繪圖。使用CASS軟件對圖像進(jìn)行編輯生成大比例尺測圖，一般生成1：500的制圖數(shù)據(jù)。

5.影像精度檢測

影像精度的檢測首先需要考慮的是控制點(diǎn)與檢測點(diǎn)的選取，控制點(diǎn)指的是外業(yè)人員在測區(qū)范圍內(nèi)選取108個點(diǎn)作為像控信息，在這108個點(diǎn)中需要選取26個點(diǎn)作為參與實景三維建模與空三處理的控制點(diǎn)，而余下的點(diǎn)則作為影像信息的精度檢測點(diǎn)，但是在大比例尺測圖中為了保證影像的絕對精度其檢測點(diǎn)的個數(shù)選取更多，需要隨機(jī)抽取五個區(qū)域進(jìn)行全要素特征點(diǎn)的提取作為檢測點(diǎn)，總共的檢測點(diǎn)共178個，然后與測圖結(jié)果進(jìn)行誤差計算得到絕對精度結(jié)果。

精度檢測也是對測區(qū)成果的質(zhì)量進(jìn)行檢測，可以使用數(shù)據(jù)抽檢的手段進(jìn)行檢測，主要分為三步進(jìn)行，首先，進(jìn)行平面和高度的絕對精度檢測，將檢查點(diǎn)合并到三維模型中，其次，檢測大比例尺測圖的相對精度，根據(jù)已有的大比例尺測圖的資料進(jìn)行分析，最后隨機(jī)選取五處區(qū)域進(jìn)行實地點(diǎn)位采集，將采集結(jié)果與測圖結(jié)果相比較，測量點(diǎn)位中的誤差，從而得到絕對精度，例如當(dāng)模型平面中的誤差 X為 0.067，Y為 0.057，XY為0.088，均小于0.15，滿足《1：500外業(yè)數(shù)字測圖技術(shù)規(guī)程》。在對測圖結(jié)果進(jìn)行絕對精度檢測時，要考慮人工測量誤差，實景三維模型的精度檢測，是將未采用的控制點(diǎn)作為檢測點(diǎn)，例如，首先采集20個控制點(diǎn)，將1，2，5，6，7，12，13這7個點(diǎn)作為建模時精度匹配的控制點(diǎn)，其余的13個點(diǎn)則作為模型精度的檢測點(diǎn)。

二、無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在土地確權(quán)調(diào)查中的應(yīng)用

1.無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

首先，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)可以獲取多個視角的景象，在測繪過程中可以得到過多側(cè)面信息，有助于反映測量物的實際情況，解決正攝影所帶來的數(shù)據(jù)不足的問題，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)能夠滿足測繪行業(yè)更多的需求。其次，無人機(jī)傾斜技術(shù)在操作上更加的方便，獲取的數(shù)據(jù)更加的準(zhǔn)確，測繪成本與傳統(tǒng)的外業(yè)人員操作相比成本更低，而且有利于實景建模。最后，能夠幫助節(jié)約人力資源，在傳統(tǒng)的人力測繪中，需要考慮很多外在因素，例如在天氣不好的情況下，會嚴(yán)重影響測繪進(jìn)度，但是使用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)可以有效解決這一問題，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)將更多的外業(yè)工作轉(zhuǎn)換到了內(nèi)業(yè)工作，同時可以協(xié)同調(diào)節(jié)內(nèi)外業(yè)合作，用機(jī)器來代替了原本的人力操作，減少了外業(yè)人員的工作強(qiáng)度，同時也能夠隨時獲取數(shù)據(jù)，測量結(jié)果也可以在相應(yīng)的軟件中使用，極大的拓展了無人機(jī)傾斜技術(shù)在測繪行業(yè)中的應(yīng)用。

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在同等條件下比傳統(tǒng)的測繪技術(shù)工作效率更高，因此，在測繪行業(yè)越來越多的業(yè)內(nèi)人士開始研究傾斜攝影技術(shù)，在保證精度的情況下進(jìn)一步減少了外業(yè)的工作量，無人機(jī)的精度依賴于其自身配備的導(dǎo)航型GPS，無人機(jī)本身體型較小、攜帶方便且成本較低，當(dāng)前的無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的精度能夠滿足大比例尺測圖的國標(biāo)要求，使用無人機(jī)完成外業(yè)工作是當(dāng)前測繪行業(yè)發(fā)展的趨勢。

表1 傳統(tǒng)與無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)作業(yè)統(tǒng)計

2.在土地確權(quán)調(diào)查中的應(yīng)用

2015年3月1日，《不動產(chǎn)登記暫行條例》開始實施。不動產(chǎn)是土地、房屋、海域等固定物，不動產(chǎn)登記對于國家制定發(fā)展策略具有重要的意義，土地確權(quán)本身是建立明確的土地管理制度，需要通過測繪調(diào)查當(dāng)前的土地面積，明確建設(shè)用地和非建設(shè)用地，由于土地確權(quán)工作量巨大，如果使用傳統(tǒng)的測繪技術(shù)，需要耗費(fèi)較大的人力和成本，而使用無人機(jī)傾斜技術(shù)可以有效提高測繪效率，降低人力成本。

目前土地確權(quán)工作需要調(diào)查地形的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括土地權(quán)屬、面積、土地使用情況、邊界等，同時要確保收集的數(shù)據(jù)真實有效，利用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)可以獲取真實的三維影像，進(jìn)行多角度航拍得到測區(qū)內(nèi)土地的真實使用情況。在過去使用傳統(tǒng)的測繪方式進(jìn)行三維建模需要人工測量、人工拍攝、人工建模三個步驟，這種方式對于大面積測區(qū)來說需要耗費(fèi)相當(dāng)多的時間和人力才能完成測繪工作，而無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)不需要人工測量，拍攝獲取的數(shù)據(jù)方便使用，只需要將獲得的數(shù)據(jù)導(dǎo)入對應(yīng)的三維模型生成軟件即可，這種方式在土地確權(quán)過程中可以節(jié)約人力和時間成本。以福建某試點(diǎn)村宅基地確權(quán)登記項目為例，作業(yè)統(tǒng)計對比如表1。

由表中可知，傳統(tǒng)測繪技術(shù)在土地確權(quán)工作中需要進(jìn)行內(nèi)外作業(yè)，同時作業(yè)時間較長且作業(yè)的產(chǎn)值較小，而無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)不需要外作業(yè)，外作業(yè)由無人機(jī)實現(xiàn)，同時在工作時間上相對較少，而作業(yè)產(chǎn)值相比于傳統(tǒng)測繪技術(shù)有明顯的提升。

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在土地確權(quán)中的具體應(yīng)用可以表述為四個方面：一是進(jìn)行多角度拍攝得到傾斜攝影的正影像圖，得到土地確權(quán)中的外業(yè)工作地圖，獲取影像各方面的側(cè)面信息；二是檢查繪制的影像是否有問題，當(dāng)存在問題時輔助外業(yè)工作人員進(jìn)行補(bǔ)測，同時對數(shù)據(jù)真實性進(jìn)行核實；三是在獲得測繪圖以后需要進(jìn)行坐標(biāo)測量，形成行業(yè)規(guī)范內(nèi)的地形圖和不動產(chǎn)圖；四是將數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維生成軟件中建立不動產(chǎn)三維模型，進(jìn)行立體分析，得到三維模型圖，從而得到可視化圖形和大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.建筑密度對土地確權(quán)的精度影響

在土地確權(quán)中如果建筑密度較大使用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)將會導(dǎo)致精度出現(xiàn)問題，因為測區(qū)建筑密度較大的話，且相機(jī)硬件設(shè)備精度不夠高，則會使得導(dǎo)出的三維模型出現(xiàn)部分變形，這時候需要對矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行小型的幾何校正，將一個圖層與它接近的圖層靠齊，使得源圖層適應(yīng)更精準(zhǔn)的目標(biāo)圖層，這種方法是使用橡皮頁變換進(jìn)行校正，橡皮頁變換可以進(jìn)行局部校正，當(dāng)建筑密度較高時影響到局部精度可將幾何精度較低的局部進(jìn)行校正，將校正點(diǎn)與目標(biāo)圖層的糾正點(diǎn)連接進(jìn)行整體的矢量數(shù)據(jù)校正，解決因建筑密度問題而帶來的土地確權(quán)精度的影響。

三、結(jié)語

使用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)首先需要考慮技術(shù)路線是否具有可行性，提前制定好航線計劃，考慮精度是否滿足國標(biāo)要求，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在測繪行業(yè)中屬于正在發(fā)展的階段，尤其在土地確權(quán)方面還屬于起步階段，土地確權(quán)工作要求提供的數(shù)據(jù)真實有效，同時對數(shù)據(jù)的時效性要求較高。使用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢，但是無人機(jī)本身也正處在發(fā)展階段，隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使用無人機(jī)進(jìn)行攝影測量也將取得更好的效果，現(xiàn)階段無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在土地確權(quán)中存在一定的不穩(wěn)定因素，因為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可能會出現(xiàn)變化，需要緊跟行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，同時數(shù)據(jù)共享也是當(dāng)前的一個熱門話題，如果能實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享那么將會進(jìn)一步減少測繪行業(yè)工作量，但是數(shù)據(jù)共享又牽扯到數(shù)據(jù)安全的問題，這一切都需要有新技術(shù)進(jìn)行不斷的優(yōu)化，當(dāng)前將無人機(jī)傾斜技術(shù)應(yīng)用到土地確權(quán)領(lǐng)域具有深入研究的價值。