無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在農(nóng)村房地一體化測量中的應(yīng)用*

何湘平,梁運(yùn)強(qiáng),黎志堅(jiān),符惠偉,廖超明@

(1.平南縣不動產(chǎn)登記中心，廣西 平南 537300;2.桂平市 江口鎮(zhèn)綜合行政執(zhí)法大隊(duì)，廣西 桂平 537229;3.南寧師范大學(xué) 自然資源與測繪學(xué)院，廣西 南寧 530001))

中國政府正在全面開展農(nóng)村不動產(chǎn)確權(quán)登記發(fā)證工作。傳統(tǒng)的不動產(chǎn)測量方法是使用全站儀測量技術(shù)、GNSS-RTK測量技術(shù)進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集，然后內(nèi)業(yè)編繪成圖,這種作業(yè)模式需要投入大量的人力、物力，工作效率低、成本高[1]。加上本輪農(nóng)村房地一體化項(xiàng)目建設(shè)時間緊、任務(wù)重，采用傳統(tǒng)全野外測量方法是難以在規(guī)定的時間內(nèi)完成工作任務(wù)。

無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)具有成本低廉、時效性強(qiáng)、工作效率高等優(yōu)勢[2]，已被逐步應(yīng)用到不動產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查工作中。采用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)開展農(nóng)村房地一體化生產(chǎn)，關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)包括：無人機(jī)影像數(shù)據(jù)獲取、像控點(diǎn)布設(shè)與測量、空中三角測量、實(shí)景三維建模、不動產(chǎn)測繪要素?cái)?shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核與入庫。

本研究以廣西某農(nóng)村房地一體化項(xiàng)目為例，探索無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在農(nóng)村房地一體化測量中的應(yīng)用，并采用傳統(tǒng)全野外測量技術(shù)來抽樣檢驗(yàn)該技術(shù)所得到的測量成果精度，以期為同行提供有益的技術(shù)參考依據(jù)。

1 無人機(jī)傾斜攝影測量數(shù)據(jù)獲取

1.1 測區(qū)概況

以廣西某農(nóng)村房地一體化試點(diǎn)項(xiàng)目為例，研究區(qū)域地形以平原為主，地勢平坦，測區(qū)面積大約0.4km2。研究區(qū)域內(nèi)主要地物為房屋、農(nóng)田、鄉(xiāng)村道路、水系、果樹等，其中房屋多數(shù)為1～3層的磚混房屋，房屋排列相對整齊。

1.2 外業(yè)數(shù)據(jù)獲取

試點(diǎn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用大疆M600無人機(jī)搭載SONY-A7RII五鏡頭傾斜相機(jī)進(jìn)行無人機(jī)影像數(shù)據(jù)采集，航線高度設(shè)置為100m，航向重疊度設(shè)置為80%，旁向重疊度設(shè)置為75%。最終獲取的無人機(jī)影像數(shù)據(jù)地面分辨率達(dá)到0.019m。

像控點(diǎn)測量是傾斜攝影測量的一個重要環(huán)節(jié)，像控點(diǎn)的布設(shè)數(shù)量、分布以及測量精度會直接影響到后期數(shù)據(jù)成果的精度[4]。像控點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在空曠、容易辨別、且便于內(nèi)業(yè)刺點(diǎn)的特征位置[5]，點(diǎn)間距宜在100～150m之間[6]。根據(jù)作業(yè)范圍和房地一體化測量項(xiàng)目技術(shù)要求，共布設(shè)了14個像控點(diǎn)。外業(yè)采用GXCORS網(wǎng)絡(luò)RTK賬號開展像控點(diǎn)測量，獲得CGCS2000坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)(B,L,H),同時利用廣西區(qū)域似大地水準(zhǔn)面模型將GNSS大地高H轉(zhuǎn)換為1985國家高程基準(zhǔn)下的正常高h(yuǎn)85。按照《全球定位系統(tǒng)實(shí)施動態(tài)測量(RTK)技術(shù)規(guī)范》(CH/T2009-2010)要求，對每個像控點(diǎn)進(jìn)行5次觀測，取其平均值作為像控點(diǎn)三維坐標(biāo)成果，確保平面精度優(yōu)于±3cm，高程精度優(yōu)于±5cm[7]。

2 實(shí)景三維建模及不動產(chǎn)測繪要素?cái)?shù)據(jù)采集

2.1 實(shí)景三維模型構(gòu)建

空中三角測量是實(shí)景三維建模的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[8]。首先，將經(jīng)過預(yù)處理的無人機(jī)影像數(shù)據(jù)、POS數(shù)據(jù)、像控點(diǎn)數(shù)據(jù)、相機(jī)屬性參數(shù)導(dǎo)入Context Capture軟件，進(jìn)行空中三角測量?？罩腥菧y量中涉及像控點(diǎn)刺點(diǎn)環(huán)節(jié)，要求像控點(diǎn)的刺點(diǎn)精度要達(dá)到亞像元?？杖用芎细窈?，通過TIN構(gòu)建、TIN濾波等處理，利用處理后的TIN創(chuàng)建白模三維模型，進(jìn)行紋理自動映射，最終生成實(shí)景三維模型[9]。為了更好地利用低配置計(jì)算機(jī)資源，節(jié)省建模時間，對瓦片分塊切割處理選擇OSGB格式進(jìn)行實(shí)景三維模型建模與輸出，所得到的實(shí)景三維模型整體上質(zhì)量良好。局部實(shí)景三維模型如圖1所示。

圖1 測區(qū)局部實(shí)景三維模型效果示意圖

2.2 不動產(chǎn)測繪要素?cái)?shù)據(jù)采集

采用清華山維公司研發(fā)的EPS測圖軟件進(jìn)行不動產(chǎn)測繪要素?cái)?shù)據(jù)采集。首先，將Context Capture軟件生成的OSGB格式轉(zhuǎn)換為EPS測圖軟件識別的DSM格式。然后，加載DSM格式數(shù)據(jù)進(jìn)行不動產(chǎn)測繪要素內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集，主要采集測區(qū)內(nèi)的房屋、道路、水系、植被、獨(dú)立地物等。內(nèi)業(yè)不動產(chǎn)測繪要素采集過程中，對受到樹木遮蔽的實(shí)景三維模型，需要安排外業(yè)調(diào)繪和補(bǔ)測工作，確保不動產(chǎn)測量數(shù)據(jù)采集的精度。

3 房地一體化測量成果精度分析

界址點(diǎn)測量誤差和房產(chǎn)面積測量誤差是衡量不動產(chǎn)測量精度的重要技術(shù)指標(biāo)。其中，界址點(diǎn)誤差包括界址點(diǎn)點(diǎn)位誤差、界址點(diǎn)或房角點(diǎn)間距誤差[10]。為了驗(yàn)證試點(diǎn)區(qū)域農(nóng)村房地一體化測量成果的準(zhǔn)確性，從界址點(diǎn)點(diǎn)位精度、界址點(diǎn)或房角點(diǎn)間距精度、房產(chǎn)面積精度三個技術(shù)指標(biāo)，通過相對均勻地選擇外業(yè)實(shí)測數(shù)據(jù)，對試點(diǎn)項(xiàng)目的房地一體化測量成果進(jìn)行精度驗(yàn)證分析。

《廣西農(nóng)村“房地一體”不動產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查技術(shù)細(xì)則》要求基于無人機(jī)傾斜攝影測量方法所得到的測量成果達(dá)到如下精度指標(biāo)：二級界址點(diǎn)點(diǎn)位殘差中誤差、界址點(diǎn)或房角點(diǎn)間距殘差中誤差為±5cm，允許誤差為±10cm；三級界址點(diǎn)點(diǎn)位殘差中誤差、界址點(diǎn)或房角點(diǎn)間距殘差中誤差為±7.5cm，允許誤差為±15cm；房產(chǎn)測量面積要求農(nóng)村地區(qū)執(zhí)行三級精度指標(biāo)，具體詳見式(2)。同時，明確了對于一般農(nóng)村房屋的界址點(diǎn)測量誤差執(zhí)行三級精度指標(biāo)。

3.1 界址點(diǎn)點(diǎn)位精度分析

《地籍調(diào)查規(guī)程》(TD/T 1001-2012)有關(guān)界址點(diǎn)點(diǎn)位中誤差、界址點(diǎn)或房角點(diǎn)間距中誤差計(jì)算式[11]：

(1)

式中：M為界址點(diǎn)點(diǎn)位中誤差、界址點(diǎn)或房角點(diǎn)間距中誤差；n為檢測點(diǎn)的數(shù)量；△為同名界址點(diǎn)點(diǎn)位殘差、同名界址點(diǎn)或房角點(diǎn)間距殘差。

根據(jù)測區(qū)房屋分布情況，相對均勻地選擇了45個界址點(diǎn)并利用全站儀進(jìn)行實(shí)地測量，將實(shí)測數(shù)據(jù)與無人機(jī)傾斜攝影測量成果進(jìn)行對比分析。界址點(diǎn)點(diǎn)位殘差統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖2所示，界址點(diǎn)點(diǎn)位誤差統(tǒng)計(jì)如圖3所示。

圖2 界址點(diǎn)點(diǎn)位殘差統(tǒng)計(jì)圖

圖3 界址點(diǎn)點(diǎn)位誤差統(tǒng)計(jì)圖

根據(jù)式(1)，利用圖2的45個界址點(diǎn)的點(diǎn)位殘差值計(jì)算得到界址點(diǎn)點(diǎn)位殘差中誤差為0.061m。由圖3的45個界址點(diǎn)點(diǎn)位誤差統(tǒng)計(jì)圖可知最小點(diǎn)位誤差為31號點(diǎn)，誤差值達(dá)到0.019m；最大點(diǎn)位誤差為20號點(diǎn)，誤差值達(dá)到0.090m?？芍?，通過45個外業(yè)實(shí)測界址點(diǎn)點(diǎn)位誤差統(tǒng)計(jì)分析，證明試點(diǎn)項(xiàng)目所得的界址點(diǎn)點(diǎn)位精度達(dá)到了三級精度指標(biāo)要求。

3.2 界址邊長精度分析

界址點(diǎn)或房角點(diǎn)間距誤差是衡量不動產(chǎn)測量精度的另一個指標(biāo)。在測區(qū)內(nèi)相對均勻地選取了72條界址邊長，利用手持激光測距儀測量界址點(diǎn)間距邊長，與無人機(jī)傾斜攝影測量成果進(jìn)行對比分析。界址點(diǎn)間距邊長測量殘差統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

表1 界址點(diǎn)間距邊長誤差統(tǒng)計(jì)表 單位：m

根據(jù)式(1)，利用表1檢核數(shù)據(jù)計(jì)算得到界址點(diǎn)間距殘差的中誤差為0.038m。其中，最小界址間距殘差為0.01m，共有18條邊；最大界址間距殘差為54號邊，為0.08m。通過72條外業(yè)實(shí)測界址點(diǎn)間距邊長的殘差統(tǒng)計(jì)分析，證明試點(diǎn)項(xiàng)目測量所得到的界址邊長精度達(dá)到了二級精度指標(biāo)要求。

3.3 房產(chǎn)面積精度分析

《房產(chǎn)測量規(guī)范第1單元：房產(chǎn)測量規(guī)定》(GB/T 17986.1-2000)規(guī)定房產(chǎn)測量以房產(chǎn)面積殘差中誤差作為精度評定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并且以2倍中誤差作為限差[12]?！稄V西農(nóng)村“房地一體”不動產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查技術(shù)細(xì)則》要求農(nóng)村地區(qū)房產(chǎn)面積測量達(dá)到三級精度指標(biāo)，其計(jì)算式：

(2)

式中：M為房產(chǎn)面積中誤差；S為房產(chǎn)面積，單位為m2。

在測區(qū)內(nèi)相對均勻地選擇了35棟房子進(jìn)行外業(yè)實(shí)地測量，用式(2)進(jìn)行房產(chǎn)面積計(jì)算，得到房產(chǎn)面積精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

表2 房產(chǎn)面積精度統(tǒng)計(jì)表 單位/m2

分析表2可知，利用35棟實(shí)測數(shù)據(jù)計(jì)算得到房產(chǎn)面積殘差中誤差為0.56m2；房產(chǎn)面積殘差在1倍中誤差范圍內(nèi)的有26棟，在2倍中誤差范圍內(nèi)的有9棟。其中，房產(chǎn)面積殘差最小值為0.02m2(M18)，最大值為1.32m2(M10)，為。由此可見，本次檢測的35棟房子的房產(chǎn)面積測量成果全部達(dá)到了三級精度指標(biāo)要求。

4 結(jié) 語

本研究以廣西某農(nóng)村房地一體化測量項(xiàng)目為例，基于無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)開展房地一體化生產(chǎn)。以《廣西農(nóng)村“房地一體”不動產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查技術(shù)細(xì)則》制定的精度指標(biāo)作為技術(shù)要求，采用傳統(tǒng)測量方法對該技術(shù)所獲得的測量成果進(jìn)行了精度驗(yàn)證與分析。研究結(jié)果表明：

(1)采用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)開展農(nóng)村房地一體化測量，完全能夠達(dá)到《廣西農(nóng)村“房地一體”不動產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查技術(shù)細(xì)則》所提出的(農(nóng)村地區(qū))三級精度指標(biāo)要求。其中，界址點(diǎn)點(diǎn)位誤差達(dá)到了三級精度指標(biāo)，界址邊長誤差達(dá)到了二級精度指標(biāo)，房產(chǎn)面積測量誤差達(dá)到三級精度指標(biāo)。

(2)基于無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)開展農(nóng)村房地一體化項(xiàng)目生產(chǎn)，要針對各主要技術(shù)環(huán)節(jié)做好質(zhì)量控制，確保每一步流程的測量成果均達(dá)到相應(yīng)精度指標(biāo)要求。只有嚴(yán)格控制各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的質(zhì)量，才能夠保證最終的農(nóng)村房地一體化測量成果達(dá)到精度指標(biāo)要求。

(3)無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)與全野外測量技術(shù)相比，在很大程度上減少了外業(yè)測量人力、物力的投入，極大縮短了外業(yè)工期。同時，在項(xiàng)目實(shí)施過程中所獲得的實(shí)景三維模型能夠輔助外業(yè)指界工作，改進(jìn)了不動產(chǎn)權(quán)屬調(diào)查作業(yè)流程，進(jìn)而提高農(nóng)村房地一體化測量的工作效率?？梢姡跓o人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)開展農(nóng)村房地一體化測量，具有良好的推廣條件和很高的應(yīng)用價(jià)值。