無人機(jī)傾斜攝影在農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍測(cè)繪項(xiàng)目中的應(yīng)用

袁記云 楚靜靜

（嘉祥縣不動(dòng)產(chǎn)登記中心，山東 濟(jì)寧 272400）

“房地一體”登記確認(rèn)是實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略、推進(jìn)農(nóng)村體制改革、加快城鄉(xiāng)一體化的基礎(chǔ)。然而，農(nóng)村“房地一體”的不動(dòng)產(chǎn)登記是一個(gè)重大問題。傳統(tǒng)地籍測(cè)量采用全站儀、RTK、卷尺等工具采集房屋的坐標(biāo)和距離。但這種作業(yè)方式工作量大、效率低、成本高、風(fēng)險(xiǎn)大，不能保證任務(wù)按時(shí)完成。尋找一種高效的操作方法是一項(xiàng)非常緊迫的任務(wù)。斜向攝影是近年來發(fā)展起來的高新技術(shù)，具有數(shù)據(jù)采集靈活、分辨率高、地物信息豐富、產(chǎn)品精度高等特點(diǎn)，受到越來越多企業(yè)的追捧。利用傾斜攝影制作大比例尺地形圖已成為目前的主流技術(shù)。然而，目前學(xué)者們還沒有對(duì)利用斜攝影制作地籍圖進(jìn)行研究。因此，掌握斜攝影制作地籍圖的操作模式，將為同行業(yè)人士提供一種地籍圖制作模式，提高操作效率。本文對(duì)無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)和工作流程進(jìn)行了簡要說明，并以實(shí)際生產(chǎn)項(xiàng)目為例對(duì)工作流程進(jìn)行了驗(yàn)證。最后，對(duì)傾斜攝影測(cè)量獲取地籍圖的精度進(jìn)行了檢驗(yàn)。結(jié)果表明，該方法制作的地籍圖精度符合地籍測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)(CH5002-94)，可按該方法進(jìn)行大規(guī)模操作。

一、無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)概述

無人機(jī)配備了各種類型的傳感器，可以從多個(gè)角度獲取測(cè)量信息，即一個(gè)垂直方向和四個(gè)傾斜方向，并從這五個(gè)角度拍攝地面物體。從垂直于地面的方向獲得的正片直接用于制作DOM、DSM 和DLG 產(chǎn)品，而從傾斜方向獲得的斜片用于掌握被測(cè)物體的紋理信息。無人機(jī)飛行平臺(tái)配備了全自動(dòng)高性能后處理系統(tǒng)，可以對(duì)采集到的所有圖像和信息進(jìn)行綜合分析處理，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建高分辨率的3D 場景。

二、常規(guī)測(cè)量手段在農(nóng)村房地一體調(diào)查中面臨的難題

在開展農(nóng)村房地產(chǎn)綜合調(diào)查的過程中，常規(guī)的調(diào)查方法往往面臨以下測(cè)量問題：1.多層房屋與墻體堆放在一起、房屋與墻體排列在一起、臨街建筑和地形建筑等情況下，測(cè)量難度系數(shù)高；2.農(nóng)村部分戶主長期離家，專業(yè)測(cè)繪人員無法深入測(cè)繪房屋進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量和權(quán)屬調(diào)查，難以與戶主直接溝通；3.臨水或靠墻沉積等困難區(qū)域分布廣泛，房屋邊長難以測(cè)量。

三、無人機(jī)傾斜攝影在農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍測(cè)繪項(xiàng)目中的應(yīng)用

（一）外業(yè)數(shù)據(jù)采集

外業(yè)飛行前，收集整理測(cè)繪區(qū)域1∶10000地形圖，整合農(nóng)村房地臺(tái)賬，基于GoogleEarth 數(shù)據(jù)建立地形三維模型，并設(shè)計(jì)飛行計(jì)劃，確定飛行航線、航速、航高、起降位置、重疊度、采集點(diǎn)密度的參數(shù)要求。實(shí)地測(cè)繪前，預(yù)先對(duì)測(cè)繪區(qū)域進(jìn)行實(shí)地踏勘，掌握地形地貌特征、植被覆蓋等情況，并在鄉(xiāng)鎮(zhèn)廣場架設(shè)GPS 基準(zhǔn)站以對(duì)機(jī)載動(dòng)態(tài)差分全球定位接收機(jī)測(cè)定的三維坐標(biāo)進(jìn)行誤差校正。選擇晴朗無風(fēng)或微風(fēng)天氣作業(yè)，提高點(diǎn)云測(cè)量精度。數(shù)據(jù)采集時(shí)，分別針對(duì)農(nóng)房聚集區(qū)和耕地空曠區(qū)采用垂直交叉飛行和平行飛行的模式，以實(shí)現(xiàn)高效率測(cè)繪的同時(shí)對(duì)農(nóng)房各立面的全部控制，保證測(cè)繪精度。無人機(jī)掃描時(shí)，操作人員實(shí)時(shí)對(duì)其航速、航高、姿態(tài)參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)地形與天氣變化調(diào)整無人機(jī)的飛行參數(shù)以保證數(shù)據(jù)采集可靠性。

（二）數(shù)據(jù)處理

無人機(jī)載三維激光雷達(dá)測(cè)繪數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵工作包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、點(diǎn)云數(shù)據(jù)濾波、異常點(diǎn)濾波、地物分類提取等四個(gè)部分。其中數(shù)據(jù)預(yù)處理工作是將機(jī)載點(diǎn)云原二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)格式，然后對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三維坐標(biāo)基于地面基準(zhǔn)點(diǎn)三維坐標(biāo)進(jìn)行定向校準(zhǔn)，最后拼接航帶數(shù)據(jù)并糾正重疊帶高程。點(diǎn)云數(shù)據(jù)濾波是生成DEM(DigitalElevationModel，數(shù)字高程模型)、特征提取、地形重建的關(guān)鍵，其算法有數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)濾波法、基于表面的方法、基于分割的方法以及逐漸加密的濾波算法等本次采用的是漸進(jìn)窗口尺寸的數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)濾波算法，由小到大漸進(jìn)式對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理以良好保留建筑、農(nóng)田與地形的細(xì)節(jié)，提高農(nóng)村房地不動(dòng)產(chǎn)登記的精度。異常點(diǎn)濾波是基于1 ∶10000 地形圖的高程數(shù)據(jù)，建立各區(qū)塊的高程閾值與高程差閾值，以對(duì)點(diǎn)云高程數(shù)據(jù)進(jìn)行異常點(diǎn)篩查，本次是基于點(diǎn)云處理軟件CloudCompare 插件對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)區(qū)域分割后的每一區(qū)塊數(shù)據(jù)設(shè)置閾值來實(shí)現(xiàn)的。

（三）像控測(cè)量

無人機(jī)傾斜測(cè)量技術(shù)下傾斜攝影模型的精度受多種因素影響，其中圖像控制點(diǎn)的坐標(biāo)精度是一個(gè)關(guān)鍵因素。專業(yè)測(cè)量人員應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行現(xiàn)場影像控制點(diǎn)和點(diǎn)位測(cè)量的目標(biāo)選擇。當(dāng)圖像控制點(diǎn)布局符合要求時(shí)，將進(jìn)行空中三加密處理，得到的無人機(jī)傾斜攝影模型質(zhì)量和精度目標(biāo)均可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。以本文研究的某農(nóng)村房地產(chǎn)一體化調(diào)查項(xiàng)目為例，農(nóng)村地區(qū)海拔高，區(qū)域內(nèi)構(gòu)筑物少，地面影像特征點(diǎn)數(shù)量相對(duì)較少。在測(cè)量工作中，為了保證像控測(cè)量的精度，在無人機(jī)飛行前，測(cè)量人員需要將預(yù)制好的像控測(cè)量標(biāo)志布置到相應(yīng)的位置，最好將像控點(diǎn)布置在路線的重疊部分。如果圖像控制點(diǎn)不能排列在重疊部分，則圖像控制點(diǎn)應(yīng)分開排列，使點(diǎn)與照片邊緣的距離大于150 像素。

（四）無人機(jī)航拍

本次勘察項(xiàng)目選用飛馬座智能航測(cè)系統(tǒng)D200，傾斜攝影采用D-OP200傾斜模塊。為了高效開展測(cè)量工作，測(cè)量人員需要在航拍區(qū)塊范圍內(nèi)選擇合適的起降場地，根據(jù)近期天氣情況選擇航拍測(cè)量時(shí)間點(diǎn)，克服天氣因素帶來的干擾。航拍時(shí)，無人機(jī)與地面站的通訊應(yīng)暢通。無人機(jī)飛行過程中，相關(guān)人員應(yīng)密切關(guān)注無人機(jī)的飛行情況。在飛行中遇到緊急情況或異常問題時(shí)，應(yīng)立即采取相應(yīng)的應(yīng)急機(jī)制，在最短時(shí)間內(nèi)返回航班或降落在備降點(diǎn)。無人機(jī)落地后立即下載POS 和圖像數(shù)據(jù)，安排專業(yè)人員檢查POS 和圖像數(shù)據(jù)，檢查POS 是否有質(zhì)量問題，圖像是否缺失、渾濁、模糊。如果這些問題存在，就要補(bǔ)上或者重新飛起來。無人機(jī)傾斜測(cè)量作業(yè)后獲得的圖像質(zhì)量符合三維模型構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)，其中包含的紋理信息應(yīng)清晰完整，測(cè)量區(qū)域內(nèi)的小物體應(yīng)準(zhǔn)確識(shí)別。

（五）空中三角測(cè)量及平差調(diào)整

本次建模使用ContextCapture 軟件，新建工程，導(dǎo)入影像數(shù)據(jù)和pos數(shù)據(jù)，設(shè)置引擎運(yùn)行路徑，完善工程中各相機(jī)參數(shù)。針對(duì)ContextCapture軟件空三加密失敗率高，成果容易出現(xiàn)分層、彎曲的問題，本文采取對(duì)相機(jī)的內(nèi)方位元素進(jìn)行優(yōu)化的作業(yè)方式。在對(duì)數(shù)據(jù)處理之前，首先加載每個(gè)鏡頭的前100 張有效影像進(jìn)行數(shù)據(jù)解算，待解算完成后，獲取每個(gè)鏡頭的相機(jī)參數(shù)，主要是指內(nèi)方位元素和畸變參數(shù)。加載所有的影像，導(dǎo)入外方位元素，用解算出來的相機(jī)參數(shù)完善工程中的焦距等，這樣可以提高空中三角測(cè)量的成功率。在空三加密參數(shù)設(shè)置中，默認(rèn)通用的匹配方式即可，提交任務(wù)，開啟引擎，任務(wù)開始運(yùn)行。待空三解算完成后，結(jié)合空三加密質(zhì)量報(bào)告和人眼交互查看空三成果的方式，對(duì)解算的成果進(jìn)行查看。報(bào)告中給出加密點(diǎn)中誤差為0.56 個(gè)像素，重投影中誤差為0.61 個(gè)像素，精度小于2/3 個(gè)像元，成果精度符合要求。通過交互查看，空三成果無分層，無完全變形，成果可用。由于無人機(jī)搭載的是非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)，加之傾斜方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，導(dǎo)致影像邊緣變形嚴(yán)重。本次搭載的5 鏡頭相機(jī)，側(cè)視鏡頭與垂直鏡頭夾角呈45 度，結(jié)合分辨率與航高的關(guān)系，可知側(cè)視鏡頭影像邊緣分辨率與垂直鏡頭的差異大，如果對(duì)邊緣的像控點(diǎn)點(diǎn)位進(jìn)行轉(zhuǎn)刺，會(huì)影響到空中三角測(cè)量整體的精度。綜上，本次在對(duì)像控點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)刺時(shí)，通過目視判斷，對(duì)位于影像邊緣1/10 外的像控點(diǎn)點(diǎn)位不進(jìn)行轉(zhuǎn)刺。設(shè)置坐標(biāo)系，導(dǎo)入整理后的像控點(diǎn)成果，對(duì)像控點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)刺。首先對(duì)每個(gè)鏡頭每個(gè)點(diǎn)位轉(zhuǎn)刺3-5 張影像，然后進(jìn)行平差。在平差的基礎(chǔ)上，對(duì)剩余的符合優(yōu)化條件的點(diǎn)位進(jìn)行轉(zhuǎn)刺并平差，這樣可以提高像控點(diǎn)轉(zhuǎn)刺的效率，也可以提高整個(gè)空三加密成果的精度。通過對(duì)平差質(zhì)量報(bào)告查看，本次像控點(diǎn)平面點(diǎn)位中誤差為0.021m，高程點(diǎn)位中誤差為0.034m。結(jié)合地籍成果要求精度，本次空三成果符合生產(chǎn)需求。導(dǎo)出平差后的含有連接點(diǎn)的空三成果，坐標(biāo)系選擇與像控點(diǎn)坐標(biāo)系一致，并輸出糾正畸變后的影像。

（六）合理設(shè)計(jì)像控點(diǎn)的布設(shè)工作

影像控制點(diǎn)的布局在斜向攝影的3D 構(gòu)建中至關(guān)重要，因此要合理、科學(xué)地設(shè)計(jì)物體控制點(diǎn)的布局，以達(dá)到3D 建模的最佳效果。1.所有圖像控制點(diǎn)必須設(shè)置為平高點(diǎn)，并根據(jù)信息采集區(qū)域的實(shí)際情況，將部分圖像控制點(diǎn)先布置在目標(biāo)范圍周圍的區(qū)域，再布置在中間區(qū)域；需要注意的是，每個(gè)圖像控制點(diǎn)之間的距離應(yīng)控制在30 米左右，并且應(yīng)隨時(shí)觀察映射范圍。2.對(duì)于小尺度區(qū)域，應(yīng)至少測(cè)量5 個(gè)或5 個(gè)以上的圖像控制點(diǎn)，并定期對(duì)目標(biāo)進(jìn)行包圍；如果當(dāng)?shù)氐匦翁厥猓仨毐ＷC觀測(cè)目標(biāo)的最大范圍3.在設(shè)置影像控制點(diǎn)的過程中，必須有準(zhǔn)確的路徑規(guī)劃圖，導(dǎo)入到地圖中，并給出預(yù)設(shè)的穿刺位置，以促使影像控制點(diǎn)之間的距離達(dá)到統(tǒng)一狀態(tài)；外圍圖像控制點(diǎn)需要連接，目標(biāo)范圍要包裹。4.圖像控制點(diǎn)必須布置在輪廓線之外。

（七）獲取三維裸眼測(cè)圖

與常規(guī)航空立體測(cè)繪技術(shù)相比，三維裸眼測(cè)繪采集是一種新的采集技術(shù)。該技術(shù)是無人機(jī)傾斜測(cè)量中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，可以基于前期構(gòu)建的真實(shí)三維模型直接采集相應(yīng)的信息。由于無人機(jī)系統(tǒng)配備了五個(gè)方向的攝像頭，在三維建模過程中，通過這五個(gè)方向的斜向攝影測(cè)量數(shù)據(jù)，可以獲得被測(cè)區(qū)域和范圍內(nèi)的所有建筑物信息。在此基礎(chǔ)上，通過信息處理和分析，通過三維模型真實(shí)還原每個(gè)被測(cè)對(duì)象的具體情況。在這個(gè)采集過程中，操作采集者不用戴立體眼鏡，直接用肉眼觀察所有的地面特征和地貌信息，通過旋轉(zhuǎn)、平移等一系列操作，可以從多個(gè)角度了解建筑物的所有細(xì)節(jié)。此外，還可以利用3D 裸眼測(cè)繪采集來繪制建筑物的相關(guān)圖像。這項(xiàng)技術(shù)常用于高海拔地區(qū)的測(cè)量工作。高海拔地區(qū)植被分布相對(duì)較少，植被覆蓋的建筑物覆蓋范圍有限。數(shù)據(jù)收集和測(cè)量結(jié)果是理想的。在無人機(jī)傾斜測(cè)量的一系列工作中，通過采集現(xiàn)實(shí)生活中的三維裸眼測(cè)繪，可以獲得測(cè)量區(qū)域內(nèi)的矢量圖形，進(jìn)而獲得被測(cè)區(qū)域內(nèi)的住宅及設(shè)施、水系及附屬設(shè)施、交通及附屬設(shè)施、地貌及植被等基礎(chǔ)信息。矢量圖形采集采用易于繪制的自然立體制圖編輯集成軟件。

結(jié)束語：無人機(jī)載三維激光雷達(dá)測(cè)繪技術(shù)較傳統(tǒng)的全站儀、RTK 等測(cè)繪方式具有測(cè)繪時(shí)間短、采集速度快、數(shù)據(jù)精度高、三維信息豐富、經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)。在當(dāng)前農(nóng)房外業(yè)勘丈工作任務(wù)繁重、工期緊張的背景下，加強(qiáng)無人機(jī)載三維激光雷達(dá)系統(tǒng)在山地丘陵、農(nóng)房分散地區(qū)的農(nóng)村房地一體不動(dòng)產(chǎn)登記確權(quán)工作中的應(yīng)用是必要的。