基于無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的地籍調(diào)查方法研究

王堃

摘? 要：該文探討了無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)測(cè)繪地籍圖的技術(shù)方案，實(shí)例驗(yàn)證了該技術(shù)測(cè)繪地籍圖的成果精度，求得測(cè)圖成果的點(diǎn)位中誤差約為±3.7 cm，個(gè)別點(diǎn)位誤差雖有波動(dòng)，但都在限差之內(nèi)，精度滿足《地籍調(diào)查規(guī)程》（TD/T 1001-2012）中對(duì)二級(jí)界址點(diǎn)的精度要求。同時(shí)，該技術(shù)打破了傳統(tǒng)地籍測(cè)量作業(yè)模式，將絕大部分外業(yè)測(cè)量工作轉(zhuǎn)移到內(nèi)業(yè)，極大地降低了人力、物力，提高了作業(yè)效率，值得在地籍調(diào)查項(xiàng)目中推廣使用。相信對(duì)從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：傾斜攝影測(cè)量? 地籍調(diào)查? 地籍圖? 精度? 試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：P231? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2021）05（a）-0089-03

Abstract： This paper discusses the technical scheme of Surveying and mapping cadastral map with UAV tilt photogrammetry technology. The example verifies the accuracy of the cadastral map surveying and mapping results. The mean square error of the mapping results is about ±3.7cm. Although individual point errors fluctuate， they are within the tolerance， and the accuracy meets the accuracy requirements of secondary boundary points in Cadastral Survey Regulations （td/t 1001-2012）. At the same time， the technology breaks the traditional cadastral survey operation mode， transfers most of the field survey work to the internal work， greatly reduces the manpower and material resources， improves the operation efficiency， and is worth popularizing in cadastral survey projects. It is believed that it will be beneficial to those who are engaged in relevant work.

Key Words： Tilt photogrammetry; Cadastral survey; Cadastral map; Accuracy; Experiment

地籍調(diào)查是獲取和管理土地信息的一項(xiàng)重要工作，通過權(quán)屬調(diào)查和地籍測(cè)量，查清每一宗土地的權(quán)屬、界線、面積、用途和位置等情況，形成地籍調(diào)查的數(shù)據(jù)、圖件等調(diào)查資料，為土地產(chǎn)權(quán)的保護(hù)、土地政策的制定和土地的合理利用提供基礎(chǔ)資料，從而達(dá)到更好地管理土地的目的[1]。傳統(tǒng)地籍調(diào)查工作在權(quán)屬情況調(diào)查結(jié)束后，使用測(cè)繪儀器人工野外測(cè)量界址點(diǎn)，再內(nèi)業(yè)結(jié)合草圖繪制地籍圖。

此方法耗費(fèi)大量的人力、物力，成本高，效率低，生產(chǎn)周期長，易受天氣等外部因素影響，難以滿足當(dāng)今社會(huì)對(duì)地理信息產(chǎn)品現(xiàn)勢(shì)性的需求[2]。而傳統(tǒng)攝影測(cè)量只能通過無人機(jī)航拍獲取正射影像，受正射影像數(shù)據(jù)二維屬性的限制，無法得知地物立面信息，導(dǎo)致內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集時(shí)存在諸如建筑物層數(shù)不詳、房檐改正等問題，仍需要大量的外業(yè)測(cè)量工作，工作效率較傳統(tǒng)地籍測(cè)量方法并沒有顯著提高。

近年來，隨著無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的迅速發(fā)展，其在地籍調(diào)查中的應(yīng)用被越來越多地探索與研究。無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在無人機(jī)上搭載多鏡頭相機(jī)進(jìn)行低空攝影，獲得目標(biāo)區(qū)影像，將影像進(jìn)行建模處理，利用建立的三維模型獲取相關(guān)地理信息[3]。該方法利用三維數(shù)據(jù)做支撐實(shí)現(xiàn)全方位、立體化還原地物特征，可有效識(shí)別地物立面信息，減少外業(yè)工作量，提高數(shù)據(jù)采集效率。同時(shí)，較低的飛行高度、較高的影像重疊度加之POS數(shù)據(jù)和高精度像控點(diǎn)的輔助，使得無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)滿足地籍圖測(cè)繪的精度要求成為可能。

1? 無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)測(cè)繪地籍圖的技術(shù)方法

1.1 外業(yè)數(shù)據(jù)采集

航飛采集影像前要進(jìn)行像控點(diǎn)布設(shè)，像控點(diǎn)布設(shè)方案滿足測(cè)圖精度要求是無人機(jī)傾斜攝影測(cè)繪地籍圖的關(guān)鍵。布設(shè)像控點(diǎn)時(shí)，要綜合考慮無人機(jī)像幅大小、航片之間的重疊度和基線長度，使布設(shè)的像控點(diǎn)滿足測(cè)圖精度要求[4]。布設(shè)像控點(diǎn)的同時(shí)可進(jìn)行檢查點(diǎn)采集，根據(jù)測(cè)區(qū)范圍大小，確定檢查點(diǎn)采集數(shù)量，采集的檢查點(diǎn)之后用來評(píng)定內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的精度。

航飛采集影像時(shí)在飛行平臺(tái)上設(shè)置飛行路線和坐標(biāo)參數(shù)，使無人機(jī)沿著先前設(shè)定的航線和高度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。航飛時(shí)要求航向重疊度至少為60%，旁向重疊度至少為30%。

1.2 實(shí)景三維模型建立

實(shí)景三維模型的建立過程包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、傾斜攝影空中三角測(cè)量、多視影像密集匹配、TIN網(wǎng)格構(gòu)建、三維白膜構(gòu)建以及紋理映射，技術(shù)流程如圖1所示。

構(gòu)建實(shí)景三維模型的關(guān)鍵一步是傾斜攝影空中三角測(cè)量，而傾斜攝影空中三角測(cè)量的關(guān)鍵一步是同時(shí)對(duì)影像垂直方向和傾斜方向誤差的進(jìn)行調(diào)整[5]。因傾斜攝影技術(shù)拍攝的影像有垂直和傾斜多種視角，故需要檢查影像是否產(chǎn)生幾何形變以及影像之間是否存在遮擋。該文利用從多角度連續(xù)拍攝的無人機(jī)影像，生成超高密度點(diǎn)云，繼而生成高分辨率的具有地表真實(shí)場(chǎng)景的三維模型。利用該三維模型可有效識(shí)別地物立面信息，減少外業(yè)工作量，提高數(shù)據(jù)采集效率。

1.3 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集

無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)獲得三維模型后，便可以借助三維測(cè)圖軟件對(duì)模型中的地物進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，獲取地物的角點(diǎn)坐標(biāo)信息和擴(kuò)展屬性信息，然后導(dǎo)入CASS軟件中進(jìn)一步編輯和檢查。

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集完成之后，還需要進(jìn)行外業(yè)補(bǔ)測(cè)，對(duì)內(nèi)業(yè)判讀存疑、遮擋嚴(yán)重以及屬性信息不明的地籍要素進(jìn)行檢查、糾錯(cuò)與認(rèn)定。

2? 測(cè)量結(jié)果分析

2.1 測(cè)量概況

該文以一個(gè)地籍調(diào)查項(xiàng)目為例，論述無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在項(xiàng)目中的實(shí)施過程，并驗(yàn)證成果精度。試驗(yàn)區(qū)位于北京市懷柔區(qū)的一個(gè)村莊，面積約為0.13 km2。試驗(yàn)區(qū)內(nèi)房屋建筑密集程度不統(tǒng)一，建筑風(fēng)格不一致，建筑材料、房屋結(jié)構(gòu)也不盡相同。因項(xiàng)目時(shí)間短、任務(wù)重，要求在保證質(zhì)量的前提下迅速完成該地1∶500地籍圖測(cè)繪工作。項(xiàng)目使用六翼懸停式無人機(jī)搭載五鏡頭相機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同時(shí)獲取1個(gè)垂直視角和4個(gè)傾斜視角的影像，相對(duì)行高設(shè)置為80 m，布設(shè)7條航線，航向重疊度為70%，旁向重疊度為60%，均勻布設(shè)27個(gè)像控點(diǎn)。該次航飛每個(gè)鏡頭拍攝727張照片，共計(jì)3 635張照片。

然后通過分塊構(gòu)建，自動(dòng)匹配多視角的影像來構(gòu)建最優(yōu)像對(duì)模型，并生成密集點(diǎn)云，基于這些點(diǎn)云數(shù)據(jù)完成不規(guī)則三角網(wǎng)模型的構(gòu)建，根據(jù)不規(guī)則三角網(wǎng)的空間信息，得到最符合影像視角的紋理信息，并自動(dòng)將這些最佳視角紋理賦予不規(guī)則三角網(wǎng)模型，最終輸出三維模型成果?；谏鲜瞿Ｐ统晒褂萌S測(cè)圖軟件進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集，經(jīng)外業(yè)補(bǔ)測(cè)和成果整飾，完成地籍圖測(cè)繪工作。圖2是最終采集的成果圖。

2.2 地籍圖精度評(píng)定

采集的界址點(diǎn)精度滿足相關(guān)規(guī)范要求是評(píng)價(jià)地籍圖質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，下面均勻選取30個(gè)界址點(diǎn)。將其對(duì)應(yīng)的外業(yè)檢查點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)與內(nèi)業(yè)采集點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表1。因該試驗(yàn)采用RTK測(cè)得檢查點(diǎn)坐標(biāo)，故按同精度來計(jì)算中誤差為[6]：

式中，M為平面中誤差;ΔS為檢測(cè)點(diǎn)與同名界址點(diǎn)的位差;n為檢測(cè)點(diǎn)的總數(shù)。

《地籍調(diào)查規(guī)程》（TD/T 1001-2012）中對(duì)界址點(diǎn)精度的有關(guān)要求：一級(jí)界址點(diǎn)平面中誤差為±0.05 m，限差為±0.10 m;二級(jí)界址點(diǎn)平面中誤差為±0.10 m，限差為±0.20 m。根據(jù)表1數(shù)據(jù)可知，由式（1）計(jì)算可知，檢測(cè)的30個(gè)界址點(diǎn)坐標(biāo)中誤差約為±3.7 cm，符合一級(jí)界址點(diǎn)對(duì)平面中誤差的要求;其中最大點(diǎn)位誤差為12.36 cm，最小點(diǎn)位誤差為0.1 cm，個(gè)別點(diǎn)位誤差波動(dòng)較大，說明模型精度的穩(wěn)定性方面還有待提升，但誤差都在二級(jí)界址點(diǎn)限差范圍之內(nèi)。

3? 結(jié)語

該文探討了無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)測(cè)繪地籍圖的技術(shù)方案，實(shí)例驗(yàn)證了該技術(shù)測(cè)繪地籍圖的成果精度，求得測(cè)圖成果的點(diǎn)位中誤差約為±3.7 cm，個(gè)別點(diǎn)位誤差雖有波動(dòng)，但都在限差之內(nèi)，精度滿足《地籍調(diào)查規(guī)程》（TD/T 1001-2012）中對(duì)二級(jí)界址點(diǎn)的精度要求。同時(shí)，該技術(shù)打破了傳統(tǒng)地籍測(cè)量作業(yè)模式，將絕大部分外業(yè)測(cè)量工作轉(zhuǎn)移到內(nèi)業(yè)，極大地降低了人力、物力，提高了作業(yè)效率，值得在地籍調(diào)查項(xiàng)目中推廣使用。

參考文獻(xiàn)

[1] 馬茜芮，黃振華.無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在地籍調(diào)查中的應(yīng)用[J].測(cè)繪通報(bào)，2020（S1）：118-121.

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[3] 吉緒發(fā).旋翼無人機(jī)載激光雷達(dá)在農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查中的應(yīng)用[J].測(cè)繪通報(bào)，2020（7）：152-155.

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[5] 李玉濤.無人機(jī)在農(nóng)村土地調(diào)查中的應(yīng)用[D].吉林大學(xué)，2018.

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