“無人機(jī)傾斜攝影測量+1”測量方法在房地一體項目中的應(yīng)用探討

謝炘璋 陳昌

【摘 要】2020年底，廣西農(nóng)村房地一體項目啟動，至今完成了所有區(qū)縣的項目外業(yè)作業(yè)，作業(yè)過程中發(fā)現(xiàn)存在以下問題：廣西山區(qū)多、地形變化大，部分地區(qū)交通設(shè)施不完善，居民點(diǎn)分布零散，房屋構(gòu)建情況復(fù)雜等。文章結(jié)合廣西農(nóng)村房地一體項目的特點(diǎn)與難點(diǎn)，總結(jié)廣西地區(qū)農(nóng)村房地一體項目普遍的外業(yè)測量方法，得出“無人機(jī)傾斜攝影測量+1”的測量方式具有較強(qiáng)的推廣價值，可在未來廣西地籍測量、不動產(chǎn)登記、自然資源登記等項目的外業(yè)工作中廣泛應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】房地一體;RTK;全站儀;SLAM;“無人機(jī)傾斜攝影測量+1”

【中圖分類號】TU198;P231【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2022）04-0094-03

農(nóng)村房地一體調(diào)查工作是維護(hù)農(nóng)民合法權(quán)益，促進(jìn)農(nóng)村社會秩序和諧穩(wěn)定的重要舉措[1]。2020年廣西自然資源廳發(fā)布《廣西壯族自治區(qū)自然資源廳關(guān)于加快推進(jìn)全區(qū)農(nóng)村不動產(chǎn)確權(quán)登記工作的指導(dǎo)意見》（桂自然資發(fā)〔2020〕44號）要求“2021年年底前要完成農(nóng)村不動產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查，宅基地和集體建設(shè)用地登記頒證90%以上”。項目啟動至今，所有區(qū)縣的項目外業(yè)都已完成，作業(yè)過程中發(fā)現(xiàn)存在以下問題：廣西山區(qū)多、地形變化大，部分地區(qū)交通設(shè)施不完善，居民點(diǎn)分布零散，房屋構(gòu)建情況復(fù)雜。農(nóng)村房地一體項目的外業(yè)測量方式繁多，為更好地進(jìn)行未來類似項目的外業(yè)工作，本文總結(jié)歸納了4種不同測量方式在該項目中的應(yīng)用，并通過選用原則歸納出“無人機(jī)傾斜攝影測量+1”的技術(shù)流程，通過點(diǎn)位精度檢驗(yàn)驗(yàn)證了該技術(shù)的適用性。

1 測量方式優(yōu)劣探討

1.1 使用RTK（CORS）和全站儀測量

在消費(fèi)級低空無人機(jī)尚未普及之前，傳統(tǒng)的界址點(diǎn)測量和房屋拐角點(diǎn)的測量多是由RTK和全站儀完成，從測量流程的角度可分為高等級控制測量、加密控制測量和勘丈測量?，F(xiàn)在，一般高等級控制采用靜態(tài)GPS測量，加密控制采用動態(tài)RTK施測。RTK與全站儀測量技術(shù)具有精度高、儀器設(shè)備成本低、購買租用渠道廣和單人即可作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)。但當(dāng)測區(qū)為大片的村落時，就會出現(xiàn)設(shè)站數(shù)過多、外業(yè)作業(yè)效率極為低下的情況。在房地一體項目里，RTK與全站儀測量存在外業(yè)作業(yè)工作強(qiáng)度高、效率較低、難以對地物隱蔽點(diǎn)進(jìn)行測量、圖根點(diǎn)保存困難及測量累積的誤差較大等缺點(diǎn)。

1.2 使用無人機(jī)傾斜攝影測量

房地一體項目的精度要求點(diǎn)位中誤差不超過5 cm，目前使用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)的生產(chǎn)成果已可以滿足農(nóng)村房地一體項目對精度的要求。

無人機(jī)傾斜測量是從前、后、左、右4個傾斜方向與一個向下的中心垂直方向獲取影像。中心垂直方向的相機(jī)的航片可以生產(chǎn)DOM與DSM等成果，4個傾斜方向相機(jī)獲取的航片則用于生成測區(qū)的紋理信息。在無人機(jī)作業(yè)之前，按后期滿足“空三”加密要求布設(shè)像控點(diǎn)點(diǎn)位，并參考DEM等數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的航線設(shè)計與調(diào)整航攝高度，其中航向重疊度應(yīng)優(yōu)于70%，旁向重疊度應(yīng)優(yōu)于80%。作業(yè)時根據(jù)測區(qū)天氣情況選取合適時間點(diǎn)起飛，以減少天氣因素對航攝的干擾。起降地區(qū)應(yīng)平坦無障礙，若飛行過程出現(xiàn)突發(fā)問題或異常情況都應(yīng)立即手動介入控制返航，排查問題后再重新作業(yè)。

無人機(jī)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理分為建模與采集兩個部分。業(yè)內(nèi)主流建模軟件為Context Capture、瞰景smart3d和photoscan等。通過基礎(chǔ)數(shù)據(jù)無人機(jī)航片、POS點(diǎn)和像控點(diǎn)成果，經(jīng)過計算機(jī)組集群工作站的數(shù)據(jù)計算，得到空中三角測量及點(diǎn)云成果，點(diǎn)云建構(gòu)TIN模型，并根據(jù)航片最終形成帶紋理的三維模型。下一步使用EPS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，EPS軟件采集成果可以與CASS的DWG數(shù)據(jù)格式、航天遠(yuǎn)景的FDB數(shù)據(jù)格式、MBD和CDB格式數(shù)據(jù)庫互相轉(zhuǎn)換，采集的精度與模型精度相同?？梢员憷貙雍罄m(xù)的數(shù)據(jù)編輯與數(shù)據(jù)入庫工作。

無人機(jī)傾斜攝影測量在農(nóng)村房地一體外業(yè)測量中的優(yōu)勢：外業(yè)作業(yè)時間短，少量架次就可將集中的村屯飛完，大量的外業(yè)工作轉(zhuǎn)入內(nèi)業(yè)進(jìn)行，范圍越大的測區(qū)作業(yè)效率越高（如圖1所示）;并解決了數(shù)據(jù)成果單一的問題，生產(chǎn)出的DOM、DSM、DEM、DLG及三維模型成果可以為鄉(xiāng)村規(guī)劃、國土空間規(guī)劃等后續(xù)鄉(xiāng)村振興項目做數(shù)據(jù)儲備。但該技術(shù)也存在不足：模型成果質(zhì)量受到地物的復(fù)雜程度制約，例如山谷中的地物、與樹木等有互相遮擋的房子及房檐過大的房子等，模型采集困難，影響測量精度，需通過其他測量方式補(bǔ)測。

1.3 使用SLAM測量

即時定位與地圖構(gòu)建（Simultaneous Localization A-

nd Mapping，SLAM），基于激光雷達(dá)的SLAM（Lidar S-

LAM）采用2D或3D激光雷達(dá)，可以高效地獲取室內(nèi)或者室外場景的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，近年來在測繪領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[2]，也成為現(xiàn)今農(nóng)村房地一體項目的外業(yè)測量手段。

SLAM系統(tǒng)外業(yè)作業(yè)時通過激光掃描儀即時掃描到對應(yīng)物體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)及自帶的定位定姿系統(tǒng)實(shí)時得到儀器的姿態(tài)數(shù)據(jù)，即可計算得到周圍空間的相對位置關(guān)系。SLAM內(nèi)業(yè)處理則是通過GeoSLAM Hub軟件將外業(yè)初始數(shù)據(jù)解算，一般內(nèi)業(yè)解算時間是外業(yè)掃描時間的2倍左右。預(yù)處理得出以RGB真色彩顯示的點(diǎn)云數(shù)據(jù)后，通過外業(yè)像控點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，再使用Realwork軟件進(jìn)行對成果點(diǎn)云數(shù)據(jù)的梳理與裁剪，得到一份合格點(diǎn)云數(shù)據(jù)。最后采集階段由作業(yè)人員使用CASS軟件采集即可。

SLAM測量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：快速獲取詳細(xì)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，時效性強(qiáng)，不受天氣因素影響，自動化程度高，單人即可操作;采用激光掃描采集地籍要素時，可以將房屋任意切割高度面，房屋邊界以矢量點(diǎn)的形式呈現(xiàn)，可以更直觀地判斷墻面位置，減少判斷過程，并且點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的墻面沒有凹凸，對比傾斜攝影方式，采集精度更高;采集激光數(shù)據(jù)不需要大規(guī)模布設(shè)相控點(diǎn)，大大減少外業(yè)工作量[3]。SLAM測量技術(shù)的缺點(diǎn)：SLAM點(diǎn)云生產(chǎn)處理時間過長，對建筑物頂部較高的附屬結(jié)構(gòu)或某些封閉式子母建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)難以進(jìn)行測量，需由其他測量方式補(bǔ)測。

2 廣西農(nóng)村房地一體項目分析

農(nóng)村房地一體項目是將農(nóng)村地區(qū)的地籍測量與房產(chǎn)測量工作同步進(jìn)行，并采用統(tǒng)一的空間坐標(biāo)系和成果形式對農(nóng)村房屋的權(quán)屬、面積和界址等屬性進(jìn)行調(diào)查。從資料收集、外業(yè)測量、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)整理、成果公示、數(shù)據(jù)入庫、審核驗(yàn)收到最后的登記頒證，每一個步驟都需要群眾與地方政府及業(yè)務(wù)主管部門的傾力配合，是一個工作流程繁雜、工作量極大的項目。

2.1 廣西區(qū)內(nèi)房地一體外業(yè)測量中普遍出現(xiàn)的問題

廣西區(qū)內(nèi)房地一體外業(yè)測量中普遍出現(xiàn)的問題：？譹？訛桂北地形以山地為主，集中連片的大面積平坦地塊只會出現(xiàn)在城鎮(zhèn)，農(nóng)村房屋多是坐落山腳或半山腰，山體樹木覆蓋率高。桂南地形以丘陵為主，農(nóng)村房屋較為集中，地勢起伏較小。從交通便利性與作業(yè)復(fù)雜性考慮，桂北地區(qū)較桂南地區(qū)作業(yè)難度更大。？譺？訛宗地分散，交通路程不便。廣西多山，山區(qū)里村與鄉(xiāng)、村與村甚至屯與屯之間都易出現(xiàn)隔山相對的情況。外業(yè)人員每天耗費(fèi)許多時間在趕路上，若村屯中尚未通車，便對外業(yè)作業(yè)效率造成更大的影響。？譻？訛廣西是打工人口輸出大省，若有留在村中也多為老幼，文化水平低，農(nóng)戶對房地一體項目工作認(rèn)識不足，支持度不高，使得測量人員難以獲得相應(yīng)的外業(yè)成果。④多數(shù)地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府在農(nóng)村住宅登記方面的管理薄弱，投入人力不足，檔案儲存零散不嚴(yán)謹(jǐn)，對外業(yè)前的資料準(zhǔn)備工作造成不小困難。

2.2 “無人機(jī)傾斜攝影測量+1”的技術(shù)流程與實(shí)例

2.2.1 技術(shù)流程

目前，行業(yè)主流的消費(fèi)級無人機(jī)：“大疆”系列無人機(jī)推出了“仿地飛行”功能，“飛馬”系列無人機(jī)推出了“變高飛行”功能。“仿地飛行”與“變高飛行”是指無人機(jī)在飛行作業(yè)過程中能夠適應(yīng)不同的地形，并根據(jù)地形自動生成高度變化的航線，與測區(qū)地物保持恒定高差，保持地面分辨率統(tǒng)一，從而獲得更好的數(shù)據(jù)成果。在廣西山多、居住點(diǎn)分散的情況下，該功能使得無人機(jī)在復(fù)雜的山谷、丘陵盆地等地理環(huán)境中安全且直接獲取影像數(shù)據(jù)，并且精度可達(dá)到1∶1 000的大比例要求。

同時，無人機(jī)傾斜攝影測量在不入戶、不需政府或村委工作人員協(xié)助的情況下，可獨(dú)立完成村屯的外業(yè)測量，將大量的外業(yè)工作量轉(zhuǎn)入內(nèi)業(yè)，以較少的人力成本，在短時間內(nèi)準(zhǔn)確地完成大面積的測量工作。

針對無人機(jī)攝影測量遇到復(fù)雜地物時所產(chǎn)出的模型部分無法準(zhǔn)確采集對應(yīng)信息這一缺點(diǎn)，可選用其他測量方式補(bǔ)測該區(qū)域。故在有限的時間內(nèi)，要低成本高效率地完成房地一體項目，外業(yè)作業(yè)應(yīng)選擇“傾斜攝影測量+1”的工作方法。技術(shù)路線圖如圖2所示。

2.2.2 實(shí)例

以融水縣香粉鄉(xiāng)雨卜村某屯為例，香粉鄉(xiāng)境內(nèi)地形有丘陵、山地、谷地、山脈，地勢為北高南低，主要山脈有元寶山山脈。地面高程一般在海拔186～500 m，境內(nèi)最高峰位于元寶山九元屋背山，海拔為1 010 m;最低點(diǎn)位于大方村河岸，海拔為147 m[4]。雨卜村位于香粉鄉(xiāng)東北部，元寶山山脈附近。

該屯房屋坐落分在6個區(qū)域，使用“飛馬”D2000無人機(jī)變高飛行高度為300 m，旁向重疊度為70%，航向重疊度為80%，共飛行2個架次，飛行完畢獲得五鏡頭照片數(shù)2 045張，飛行作業(yè)時間共48 min，在地面使用CROS系統(tǒng)采集像控點(diǎn)6個，統(tǒng)一選取“L”形油漆外角。在現(xiàn)場使用CORS系統(tǒng)與慣導(dǎo)RTK采集被樹木遮擋房屋的房角坐標(biāo)點(diǎn)。

2.2.3 精度分析

選取6個房屋拐角點(diǎn)，利用CORS系統(tǒng)和全站儀做多次觀測得到點(diǎn)位坐標(biāo)，并以平均值作為最終坐標(biāo)值。將三維測圖提取的點(diǎn)位坐標(biāo)與其做對比，得出結(jié)果見表1。

根據(jù)《地籍調(diào)查規(guī)程》（TD/T 1001—2012）中的精度要求，所有的點(diǎn)都在誤差范圍內(nèi)，實(shí)景三維測圖所得點(diǎn)位成果精度滿足農(nóng)村房地一體生產(chǎn)要求。

2.3 使用“無人機(jī)傾斜攝影測量+1”測量需注意的問題

2.3.1 “無人機(jī)傾斜攝影測量+RTK、全站儀測量”

一是要在一定的密度范圍內(nèi)做動態(tài)RTK的加密控制，全站儀支站不能隨意，測站數(shù)必須控制在合理的范圍內(nèi)，否則無法保證成果精度。二是使用全站儀測量時盡量小鏡頭觀測貼近房角部分，這樣得出的測角成果精度最高也更直觀。三是采用CORS測量界址點(diǎn)或房角特別是不能垂直的情況下，可以采用慣導(dǎo)RTK。傳統(tǒng)RTK因?yàn)槭艿叫螤钕拗疲y以將幾何中心直接在房屋角點(diǎn)上測量，而慣導(dǎo)RTK在傾斜狀態(tài)下不需要測量天線碰到房角即可測出房角坐標(biāo)，較之傳統(tǒng)RTK更方便高效。

2.3.2 “無人機(jī)傾斜攝影測量+SLAM測量”

SLAM內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理耗時較大。與無人機(jī)傾斜攝影測量相比，同一個圖斑出至可采集前的合格成果，SLAM數(shù)據(jù)處理使用時間為其5～10倍。建議SLAM僅用于無人機(jī)傾斜攝影測量所產(chǎn)生模型里出現(xiàn)的建筑物隱蔽點(diǎn)、建筑物覆蓋和樹木遮擋等較少的難以判讀的部分。內(nèi)業(yè)人員采集數(shù)據(jù)時，需認(rèn)真細(xì)心，避免視覺誤差影響產(chǎn)生最終采集的數(shù)據(jù)屬性錯誤。

3 結(jié)論

與傳統(tǒng)測量方式相比，“無人機(jī)傾斜攝影測量+1”技術(shù)在房地一體項目中大幅度地減少了人力的投入，把大量外業(yè)測圖的工作量轉(zhuǎn)到內(nèi)業(yè)中，提高了項目的生產(chǎn)效率，縮短了項目工作周期，并可產(chǎn)出DOM、DSM、DLG及實(shí)景三維模型等多種數(shù)據(jù)，迎合國家主推的“多測合一”趨勢，儲備為其他項目的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

綜上，在應(yīng)用該技術(shù)作業(yè)時，根據(jù)提前收集到的衛(wèi)星影像、DEM及歷史DRG等資料對測區(qū)情況研判分析，對測區(qū)進(jìn)行“無人機(jī)傾斜攝影測量+1”的測量方式選定，可保證項目測量工作效率并能高質(zhì)量完成。在未來“多規(guī)合一”“多測合一”的趨勢下，對應(yīng)的新農(nóng)村規(guī)劃、自然資源確權(quán)登記和房屋地籍測量等項目中，“無人機(jī)傾斜攝影測量+1”測量方式可以發(fā)揮更廣泛的作用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]簡煊祥.傾斜攝影測量在福清農(nóng)房地一體調(diào)查中的應(yīng)用[J].測繪通報，2021（S2）：87-90.

[2]車森，劉海硯，陳曉慧，等.HERON LITE移動測量系統(tǒng)在房地一體中的應(yīng)用[J].測繪工程，2021：291-295.

[3]張元敏.空地融合技術(shù)不動產(chǎn)確權(quán)登記解決方案[J].測繪通報，2021（S2）：291-295.

[4]黃樹賢，韓元利.中華人民共和國政區(qū)大典：廣西壯族自治區(qū)卷（上）[M].北京：中國社會出版社，2018：473-474.