無人機傾斜攝影的農(nóng)村房地一體測量應用

文／唐凱、鐘旻 湖南省有色地質(zhì)勘查局二一七隊 湖南衡陽 421000

1、引言

無人機航攝技術是我國較為新興的技術之一，雖然其具有十分廣闊的應用前景，但是在農(nóng)村房地一體測量項目中應用實踐還不足夠。通常來說，一體測量工作會受到多方面因素的共同影響，測量地區(qū)會涉及到較多的房屋土地，工作具有較高的復雜性，耗費大量時間。在房地一體化測量工作中應用這種新興的無人機航攝技術，有利于更加有效的保證新形勢下城鄉(xiāng)區(qū)域建設發(fā)展以及新農(nóng)村環(huán)境的保護建設，能夠很大程度上幫助到農(nóng)村土地建設和整理項目，優(yōu)化土地配置得，不斷改善農(nóng)村生活條件。因此，在現(xiàn)階段加大力度研究土地整理項目中無人機航攝技術的應用是十分有必要的。

2、無人機傾斜攝影

2.1 傾斜攝影的原理分析

在傾斜攝影過程中，其成果的影響參數(shù)主要包括攝影角度、攝影重疊情況、攝影高度情況等，綜合不同因素進行分析，從而獲取和采集地面物體相關信息。對于同一物體來說，當視角存在變化時，其攝影信息也會有所差異，對攝影信息與視角差異進行換算，分析得到物體信息[1]。對此，在無人機上搭載高精度攝像器材，為視角轉換提供便利。因此當前傾斜攝影技術更多地與無人機進行結合應用，將傾斜攝影作用最大程度地發(fā)揮出來。同時，通過三維模型構建以及聯(lián)合平差等方式來分析處理測繪參數(shù)，為房地一體測量工作奠定測繪數(shù)據(jù)基礎。

2.2 房地一體測量中無人機傾斜攝影技術的優(yōu)勢

無人機傾斜攝影技術自身具有諸多優(yōu)勢，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：第一，由于房地一體化測量工作的形式十分豐富，引入無人機傾斜攝影技術則能夠在此基礎上保證工作效率高效，不受客觀因素的影響，準確地對相關數(shù)據(jù)進行判斷，使其符合真實情況。第二，無人機航攝技術可以直觀地反映出整個項目的實施情況，將工作成果有效地展現(xiàn)出來，最大程度地還原真實的工作成果。

（1）直觀體現(xiàn)農(nóng)村房地實際狀況

利用無人機航攝技術中所包含的正射影像圖，可以清晰地觀看相關房屋土地的實際狀況，正射影像圖的分辨率可以達到極高的水平，因此，不僅可以將整個工程的全部面貌都縮小成影像圖，還能夠將單個工程部分的具體施工情況進行放大。因此，不論是從整體還是部分來看，無人機航攝技術都可以對房地測量工作的成果進行直觀而又準確的檢驗。

（2）能有效與實際情況相結合

無人機傾斜攝影技術還涉及到GPS-RTK技術的應用以及高像素數(shù)碼相機的應用，通過上述兩項技術獲取像控點，對目標進行測繪，在借助專業(yè)軟件進行數(shù)據(jù)處理，就能夠做到影像空間在分辨率上與地形圖測繪精度相符合，同時也能減小平面誤差，滿足測量需求[2]，使房地測量達到預期的要求。而且，通過提升數(shù)碼相機的像素，或者降低無人機的飛行高度等方法還能進一步提高圖像的分辨率，以達到更高的精度要求。

（3）豐富工作形式，提高效率

無人機傾斜攝影技術在房地一體化測量項目的應用，其主要目的在于更加精確有效的掌控房地實際狀況，以便在查驗環(huán)節(jié)能夠以此作為有參考價值的依據(jù)。而且，在航攝工作完成后，就可以立即對影像圖進行后期的軟件處理與制作，極大地減少了工作時間，提高了工作效率[3]。需要注意的是，航攝內(nèi)外業(yè)時間與其他方式的工作所需時間的差異較小，其對工作時間的節(jié)省主要體現(xiàn)在后期的項目的檢查與驗收中，由于傾斜攝影影像圖可以清晰準確地表現(xiàn)出各種數(shù)據(jù)，因此在進行房地抽查時，這些有效數(shù)據(jù)可以直接作為參考，可以更加快速地進行測算，自然能夠有效地提高工作效率。

（4）可以實現(xiàn)對突發(fā)狀況的響應

通過將攝影設備搭載在無人機上，能夠對迅速采集地物信息，同時將相關資料進行整合，為房地一體確權等問題提供依據(jù)，如果有突發(fā)狀況發(fā)生，可以根據(jù)相應信息來進行處理，提高處理準確性和處理效率。

圖1 。

圖2

3、常規(guī)手段在農(nóng)村房地一體調(diào)查中的難題

在當前階段不動產(chǎn)權籍調(diào)查測量工作中存在以下幾方面問題：第一，在房屋測量中入戶較難，存在較多的空關戶。第二，房屋連片較多，分辨起來困難較大，容易出現(xiàn)漏畫、漏測等問題，同時具有較多的隱蔽點，無法準確測量。第三，公示、勘誤澄清以及權利人質(zhì)疑等情況繁多，工作量較大。而如果采用傳統(tǒng)方式進行測量，則會面臨著較多制約因素，效率較低，無法滿足農(nóng)村房地一體測量工作的質(zhì)量和效率要求[4]。因此近些年來無人機傾斜攝影技術逐漸走入了人們視野，這種技術具有更高的精度、更高的效率，同時成片效果更為清晰，能夠更好地適應地面復雜情況，數(shù)據(jù)真實準確，能夠將地面物體的位置、外觀和高度等屬性直觀地展示出來，成為了當前測繪領域中主要的研究和應用方向之一。

4、房地一體測繪工作中無人機傾斜攝影技術的應用

本文根據(jù)某村中房地一體測量工作為基礎，分析無人機傾斜攝影技術的實際作用以及應用流程。本次測量工作按照低空高分辨率的方式進行攝影作業(yè)，同時將成果與大比例尺測繪圖做進一步對比。測量工作主要有三方面，第一，對測繪數(shù)據(jù)進行采集。第二，對采集到的數(shù)據(jù)進行預處理。第三，生成相關數(shù)據(jù)。下面展開具體闡述。

4.1 基本流程

農(nóng)村房地一體測量主要內(nèi)容包括房屋角點和宅基地界址點的測量，科學合理地布置整個范圍區(qū)域的像控點。利用RTK等技術合理配合，有效檢測具有代表性的檢查點坐標以及像控點坐標。同時結合無人機傾斜攝影技術合理構建測量區(qū)域的三維模型。在模型中能夠準確有效的采集成果數(shù)據(jù)，同時以此為基礎對比實際檢測數(shù)據(jù)，為房地一體化測量準確性提供可靠保障。

4.2 像控點布設方案

對于外業(yè)實踐來說需要布設較多得像控點，整個設置流程復雜性相對較高。在測量區(qū)域中設置無人機像控點過程中要保證設置的有效性和均勻性。特別是單張影響，其中間畸變較小，而四周畸變則會相對較大，要對當前實際情況進行合理分析。在像控點布設過程中，布設方案要考慮到自由網(wǎng)平差精度，做到科學合理的布設，才能有效控制現(xiàn)實誤差。同時對像控點的布設和選擇要綜合分析附近色差因素以及影像重組質(zhì)量問題等。一般來說必須要保證影像清晰度，只有這樣才能滿足識別要求。為了避免影響匹配結果的進度影響較大，在布設像控點時應當將其設置在影像便捷1到1.5厘米處。由于陰影的存在，像控點標志可能會存在不清晰問題，因此要盡量避免在陰影區(qū)域內(nèi)進行像控點布設，從而保證成果數(shù)據(jù)的準確性。要時刻以實際情況為基礎來布設像控點，在測量范圍內(nèi)保證其設置的均勻性，盡可能地將其布設在測距角部位置。再布設之前可以用膩子粉或者是油漆來將其標記出，布設方式主要采取L型或十字型。

4.3 外業(yè)飛行方案設計

對于外業(yè)飛行方案來說，其設計和編制內(nèi)容較多，主要包括飛行系統(tǒng)選擇、線路規(guī)劃和實際操作等等。影響質(zhì)量會直接受到飛行方案的影響，因此在方案設計過程中必須以實際任務為切入，保證其科學合理，這樣才能更好地突出無人機傾斜攝影測量技術的優(yōu)勢。在航線設計中要對航高、速度等參數(shù)進行合理設置，所以規(guī)劃航線時要綜合考慮到拍攝區(qū)域的實際特點，保證規(guī)劃的合理性。在農(nóng)村房地一體測量工程中，以村為基本測量單位，其位置上相對較為分散，并且所涉及范圍較廣，無法在較大面積內(nèi)應用傾斜攝影測量技術。單鏡頭飛行系統(tǒng)和中小型旋翼無人具有較為明顯的優(yōu)勢，小型旋翼無人機硬件設備重量小，方便攜帶和應用，同時價格較低，投入不高，具有更高的安全系數(shù)，在低空攝影測量工作中較為適宜。

4.4 飛行質(zhì)量檢查

在飛行質(zhì)量檢查過程中，主要是對航高之差以及重疊度等指標進行檢查，為三維模型構建的準確性和有效性提供保障。在操作過程中，要將旁向重疊度以及航向重疊度控制在60%-70%以上，航線自身相鄰像片航高差保持2m以內(nèi)，航高的上下范圍不能超過10m，航線彎曲度保持在3%以內(nèi)。

4.5 數(shù)據(jù)采集

在本次一體化測量工作中，在測量區(qū)域中設置像片控制點后，對于其CGSS2000坐標測繪，在無人機搭載5鏡頭數(shù)據(jù)采集設備，根據(jù)設定航線進行航空拍攝，收集該村中房地不動產(chǎn)數(shù)據(jù)，同時要在航攝單片重疊度上滿足要求。

4.6 測繪數(shù)據(jù)預處理

在測量過程中根據(jù)實際的航飛布設情況以及項目需求，檢查攝影成片效果，特別要注意像片的精度以及控制點位置的檢查，另外還檢驗好POS數(shù)據(jù)，同時對測繪單片影響是否存在異常進行分析，控制好誤差情況，做好數(shù)據(jù)的整理和檢查。

4.7 形成測繪影像與模型

4.7.1 根據(jù)測繪影像與數(shù)據(jù)形成三維模型

當測繪數(shù)據(jù)整理好后將其向Smart3D軟件中導入，同時配合空中三角測量技術、格網(wǎng)調(diào)整以及影像匹配的技術來實現(xiàn)該村航飛預期的三維建模工作。

4.7.2 測繪區(qū)域高分辨率正射影像生成

以三維實際模型情況以及空三成果文件為基礎，按照Tile單位來匹配格網(wǎng)正射與貼圖，完成正射影像的制作。同時根據(jù)實際測繪區(qū)域中調(diào)繪POI信息制作權籍調(diào)查影像圖。

4.7.3 大比例尺測圖

在測量中制作該村的三維實景模型、空三成果以及糾正畸變差影響，將上述數(shù)據(jù)導入到專業(yè)的測圖軟件當中，由專業(yè)的工作人員進行點線面測圖，按照國標要求賦予圖層信息和屬性信息。使用南方CASS軟件編輯圖形數(shù)據(jù)，從而得到1:500的地籍圖。

4.8 成果精度檢測

4.8.1 控制點與檢核點選取

在該次一體測量工程中，根據(jù)實際地形情況，工作人員在測量區(qū)域內(nèi)設置了12個像片控制點，同時借助GPS、RTK技術進行三維坐標的控制。以實際區(qū)域中不動產(chǎn)的分布狀況來選擇控制點[5]。本次主要選擇8個參與實景三維模型參數(shù)相關的采集控制點，其余點位則用于對三維模型技術進行檢測。

4.8.2 數(shù)據(jù)成果精度檢驗

在該次數(shù)據(jù)檢驗中主要采取了抽檢的方式，同時通過人機交互與人工檢查兩種方法的融合來檢驗房地以此測繪圖成果。檢測過程主要分為三個部分，第一，對測量區(qū)域內(nèi)的檢核點以及模型上同位置點坐標，在平面精度和高程實際精度上做好控制。第二，根據(jù)測量區(qū)域內(nèi)已有的測圖資料，與本次測繪所得三維模型進行對比，看是否存在較大誤差。第三，進行人工外業(yè)檢測，在經(jīng)過測量所得的三維模型中，隨機選擇某一部分，與實地信息數(shù)據(jù)作對比，同時分析測圖所存在的誤差及其存在原因，并且對其絕對精度情況進行探討。首先是檢測測量區(qū)域中參數(shù)形成模型的精度。當形成三維模型后，可以將該過程中未使用的像片控制點用于對模型絕對精度的檢測，在該次測量中，經(jīng)過檢測，在X方向上有著0.062m的平均誤差，0.053m的Y方向平均誤差，0.096m的H方向上的平均誤差，能夠很好地滿足項目對于精度的需求。其次是對測圖成果進行絕對精度檢測。本次工程中經(jīng)過檢驗，具有0.102m的平面誤差，能夠滿足平地1∶500大比例尺測圖中對于0.25m誤差的規(guī)范要求。高程中具有0.093m的誤差，滿足規(guī)范中誤差小于0.15m的要求。由此可見，該次一體化測量能夠滿足1:500地形圖測圖要求。

結束語：

總而言之，通過無人機傾斜攝影技術來進行農(nóng)村房地一體化測量，有利于提高工作質(zhì)量和工作效率，同時保證其科學性和準確性，為測繪工作提供可靠數(shù)據(jù)參數(shù)。與傳統(tǒng)的測量方式相比，無人機傾斜攝影能夠更加方便、靈活地開展工作，并且更好的構建測量區(qū)域的可視化模型。大大減少工作人員的工作量，縮短測量周期，為農(nóng)村房地一體化測量提供可靠的技術支持。