無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在不動產(chǎn)確權(quán)登記中的應(yīng)用研究

王青林

（安徽首佳科技信息服務(wù)有限公司 安徽 合肥 230601）

0 引言

目前，我國將宅基地與房屋登記信息整合至統(tǒng)一的不動產(chǎn)登記平臺，這就需要在宅基地測繪的同時(shí)對地上的定著物、附著物進(jìn)行測繪[1]。以往的宅基地測量采用傳統(tǒng)的CPS-RTK 與全站儀實(shí)測法，面對全國龐大體量的宅基地，測量人員在傳統(tǒng)測量方法下很難高效完成不動產(chǎn)確權(quán)登記項(xiàng)目。隨著無人機(jī)平臺的發(fā)展成熟，測量人員利用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)可以快速地獲取到多角度的高分影像數(shù)據(jù)，而且還可以快速生成高精度實(shí)景三維模型[2]。測量人員對已生成三維模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行不動產(chǎn)要素采集，就省去過多的外業(yè)測量流程，提高了數(shù)據(jù)生產(chǎn)的效率與質(zhì)量。目前，我國絕大多數(shù)地區(qū)已采用該作業(yè)模式進(jìn)行不動產(chǎn)確權(quán)登記工作，并取得了較好的數(shù)據(jù)成果，為不動產(chǎn)統(tǒng)一登記提供了一套嶄新的解決方案。

1 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)

1.1 無人機(jī)技術(shù)

無人機(jī)（unmanned aerial vehicle，UAV）是新型的不需要載人駕駛的中小型飛行器，它可通過地面操作人員遠(yuǎn)距離遙控或者根據(jù)機(jī)載傳感器指令進(jìn)行自動飛行。無人機(jī)最早被應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，隨著通信、導(dǎo)航、工業(yè)制造等技術(shù)的不斷突破，無人機(jī)具有低成本、靈活便攜、低操縱門檻等特性，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于商業(yè)、娛樂、農(nóng)業(yè)、科研等領(lǐng)域。近年來，無人機(jī)航空攝影測量（簡稱無人機(jī)航測）技術(shù)也逐漸發(fā)展成熟。無人機(jī)航測技術(shù)集多項(xiàng)高新技術(shù)于一體，包括航空攝影測量技術(shù)、無人駕駛飛行技術(shù)、遙控遙測技術(shù)等[3]。其中，空中飛行平臺主要有自動控制系統(tǒng)、無人飛行器、非測量型高分辨率數(shù)碼相機(jī)等傳感器設(shè)備。無人飛行器主要用來搭載自動控制系統(tǒng)和數(shù)碼相機(jī)，作為任務(wù)設(shè)備，非測量數(shù)碼相機(jī)主要用來獲取高分辨率地面物體的影像，可通過定時(shí)或者定距來操作，具有高度自動化等特點(diǎn)；無人機(jī)自動控制系統(tǒng)能夠接受并處理控制指令，精確控制無人機(jī)按照設(shè)定的航線飛行，其主要由微處理器、GNSS 接收機(jī)和慣性導(dǎo)航模塊等傳感器組成。無人機(jī)自動控制系統(tǒng)可參照作業(yè)時(shí)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速、風(fēng)速等氣象信息自動設(shè)定參數(shù)，地面控制系統(tǒng)發(fā)出指令后就能實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的遙控或自主飛行，保證飛行姿態(tài)，自動采集地面物體的影像數(shù)據(jù)。

1.2 傾斜攝影測量技術(shù)

傳統(tǒng)攝影測量技術(shù)在新時(shí)代測繪工作中應(yīng)用十分廣泛，通過這一技術(shù)可以更精確、高效地獲取地理信息要素。但是，隨著人們對精度要求的不斷提高，傳統(tǒng)航空攝影測量只能獲取正射影像的問題也逐漸暴露了出來。測量人員為了彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，傾斜攝影測量技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，該技術(shù)是國際遙感領(lǐng)域近年來新興發(fā)展的一項(xiàng)對地觀測技術(shù)。該技術(shù)有效融合了近景攝影測量與傳統(tǒng)航測技術(shù)的優(yōu)勢，但又與傳統(tǒng)航測只能單架次獲取地面物體下視影像不同。傾斜攝影測量是在飛行平臺上搭載傾斜、垂直等不同視角的航攝儀[4]，即增加了與下視方向成15°以上的前、后、左、右4 個(gè)傾斜鏡頭，再加上一個(gè)下視鏡頭共五個(gè)鏡頭同時(shí)曝光獲得每個(gè)視角的影像和曝光瞬間的POS 數(shù)據(jù)。無人機(jī)不僅能采集到地面物體的多視角高清立體傾斜影像，同時(shí)還能獲取到地物的側(cè)面紋理信息（見圖1）。所拍攝的影像再借助于全自動高性能后處理系統(tǒng)進(jìn)行批量定向和建模，可快速構(gòu)建出具有地物準(zhǔn)確位置和清晰紋理的高分辨率真三維場景。工作人員借助于專業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件不但可以實(shí)現(xiàn)地物的三維數(shù)字化精準(zhǔn)量測，還可進(jìn)一步生成多種數(shù)字化測繪產(chǎn)品，滿足各行各業(yè)的生產(chǎn)用圖需求。

圖1 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)

1.3 無人機(jī)傾斜攝影測量的優(yōu)勢

傾斜攝影測量自出現(xiàn)至今，已成為一項(xiàng)成熟的測繪手段。該項(xiàng)技術(shù)的提出，解決了以往航測過程中只能獲取地物垂直視角影像的缺點(diǎn)，可以同時(shí)獲取多視角影像，通過獲取的多角度影像可以快速地進(jìn)行實(shí)景三維模型的建立[5]?？傮w來說，無人機(jī)傾斜攝影測量的優(yōu)點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：

（1）打破傳統(tǒng)。在傾斜攝影測量技術(shù)問世前，傳統(tǒng)的航測只能獲取垂直方向上的影像。測量人員利用傾斜攝影測量可以獲取多角度、高分辨率的影像，并且在二、三維之間可自由切換。有效解決了垂直航攝影像無法獲取到建筑物的側(cè)面和層高信息，測圖人員僅需要少量的外業(yè)調(diào)繪即可精確地測制出地形圖。

（2）低成本。無人機(jī)傾斜攝影測量系統(tǒng)具有很高的機(jī)動性和靈活性，而且操作簡單、數(shù)據(jù)采集效率高、可以單人作業(yè)，無論是從人力成本還是時(shí)間成本上都極大地減少項(xiàng)目投入的成本。

（3）測量工作無地域限制。以往的測量工作需測繪工作者在實(shí)地進(jìn)行測量，通過無人機(jī)攝影測量技術(shù)可以減少原有的外業(yè)工作量，將更多的工作轉(zhuǎn)至內(nèi)部操作，使得測量工作不受地域限制。

（4）自動化程度高。無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)數(shù)據(jù)處理過程無需過多的人工干預(yù)，可在全自動的模式下完成實(shí)景三維模型的建立。經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)相比人工建模，效率提高了2 倍以上，大大縮短了建模時(shí)間，節(jié)省了人力物力。

2 技術(shù)方案

2.1 項(xiàng)目介紹

某不動產(chǎn)確權(quán)登記項(xiàng)目利用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集后建立實(shí)景三維模型，然后利用Cass3D 軟件進(jìn)行不動產(chǎn)要素的采集并輸出成果，最后利用常規(guī)測繪儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)檢驗(yàn)，以驗(yàn)證無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在房地一體項(xiàng)目中的精度。

2.2 數(shù)據(jù)采集

（1）航線設(shè)計(jì)：測量人員按照項(xiàng)目劃定的測區(qū)范圍和地貌情況進(jìn)行航線設(shè)計(jì)，由于該項(xiàng)目地處環(huán)境較為復(fù)雜，所以航攝區(qū)域高差不能大于設(shè)計(jì)航高的1/6；為了保證航攝影像的重疊率，本次航測航向重疊度設(shè)置為65%，旁向重疊度設(shè)置為55%。

（2）像控點(diǎn)布設(shè)：測量人員以無人機(jī)航線規(guī)劃為前提條件。將本項(xiàng)目像控點(diǎn)針對性地布設(shè)在航線、航帶相接的區(qū)域，據(jù)此來完成航測內(nèi)業(yè)加密和測圖。在像控點(diǎn)布設(shè)之前一般以衛(wèi)星影像圖為底圖進(jìn)行預(yù)布設(shè)，再參照現(xiàn)場踏勘的地理位置布設(shè)具體的點(diǎn)位。待測區(qū)采用區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)，分為平面像片控制點(diǎn)和高程像片控制點(diǎn)。布設(shè)主要以靶標(biāo)為主，采用少量明顯地物（房角、渠道邊）等，測量的手段主要為GPS-RTK 快速測量方法施測。

（3）航攝：測量人員利用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行地面要素采集時(shí)主要通過在無人機(jī)平臺搭載四個(gè)傾斜方向和一個(gè)下視方向相機(jī)進(jìn)行影像拍攝。本案例中采用設(shè)備是大疆M300-RTK 無人機(jī)搭Share102SPm 五鏡頭傾斜相機(jī)。本案例中，無人機(jī)航飛的高度為200 m，獲取影像地面分辨率為0.05 m，航向重疊度為80%，旁向重疊度為70%。M300-RTK 無人機(jī)上的全球定位系統(tǒng)采用GPS+GLONASS+BeiDou+Calileo 多星定位技術(shù)，使得定位精度更高，相機(jī)曝光瞬間可以獲取精確的POS 數(shù)據(jù)。測量人員結(jié)合外業(yè)像控點(diǎn)的采集進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。在完成設(shè)備檢校、航線規(guī)劃、像控點(diǎn)布設(shè)等步驟后，便可擇機(jī)進(jìn)行外業(yè)航飛。外業(yè)航飛應(yīng)挑選天氣晴朗、空氣質(zhì)量良好、氣象條件溫和的時(shí)間窗口實(shí)施。執(zhí)飛時(shí)，無人機(jī)起、降方向應(yīng)考慮實(shí)地風(fēng)向設(shè)置，利用配套軟件實(shí)時(shí)監(jiān)測飛行狀態(tài)，如果在飛行期間遭遇多次嚴(yán)重瞬間大風(fēng)，應(yīng)考慮補(bǔ)飛。

2.3 數(shù)據(jù)處理

首先工作人員使用勻光軟件對航拍好的照片進(jìn)行色彩和曝光度等處理，使影像效果達(dá)到最佳狀態(tài)。采用無人機(jī)傾斜攝影測量方法建立實(shí)景三維模型的主要技術(shù)要點(diǎn)是影像采集、預(yù)處理、空中三角測量、TIN 網(wǎng)構(gòu)建、紋理映射等[6]。其中空中三角測量中主要技術(shù)包含影像內(nèi)定向、相對定向、同名點(diǎn)提取、光束法平差等?？罩腥菧y量是將處理后的相片導(dǎo)入空中三角測量軟件，只單純用無人機(jī)自帶的POS 進(jìn)行一次粗略的空三加密，便于控制片刺點(diǎn)影像與航片影像匹配，之后就要進(jìn)行像控點(diǎn)的刺點(diǎn)。通過自動計(jì)算DSM 點(diǎn)云和建筑物植被過濾，構(gòu)建TIN，根據(jù)TIN 創(chuàng)建DEM，然后將DEM 切割、融合并進(jìn)行邊緣裁切，設(shè)置參數(shù)并糾正，拼接勻色出圖生成DOM。本文采用南方測繪CASS9.1、AutoCAD 2004 軟件進(jìn)行大比例尺地形圖數(shù)據(jù)編輯，生成大比例尺地形圖。大比例尺地形圖矢量數(shù)據(jù)作業(yè)時(shí)首先根據(jù)立體影像判讀，并進(jìn)行地物、地貌矢量要素的采集形成航測數(shù)字化原圖。外業(yè)人員再對初編后的大比例尺地形圖原圖進(jìn)行現(xiàn)場補(bǔ)充核實(shí)，重點(diǎn)核實(shí)線狀地物、點(diǎn)狀地物、植被以及地名等要素，同時(shí)利用常規(guī)的方法補(bǔ)測新增地物，最后基于核實(shí)調(diào)繪后的成果進(jìn)行內(nèi)業(yè)編輯，生產(chǎn)出全要素的大比例尺地形圖。

2.4 精度分析

根據(jù)《城鎮(zhèn)地籍調(diào)查規(guī)程》(TD1001-93)，主要通過界址點(diǎn)精度與不動產(chǎn)單元面積的準(zhǔn)確度來衡量不動產(chǎn)測繪的精度[7]。為了驗(yàn)證通過無人機(jī)傾斜攝影測量模式獲取的不動產(chǎn)測繪精度，使用RTK 與全站儀進(jìn)行抽樣檢查，測量人員對選中的不動產(chǎn)單元進(jìn)行實(shí)地測量，得到界址點(diǎn)坐標(biāo)與不動產(chǎn)單元中宅基地、房屋等的面積。并與利用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)與Cass3D 軟件采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，本項(xiàng)目抽取一個(gè)村的10 個(gè)界址點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

（1）界址點(diǎn)精度對比

根據(jù)城鎮(zhèn)地籍調(diào)查規(guī)程，界址點(diǎn)相對鄰近控制點(diǎn)點(diǎn)位中誤差不大于5 cm，界址點(diǎn)相對鄰近控制點(diǎn)、兩相鄰界址點(diǎn)之間的量距允許誤差不大于10 cm，若兩邊誤差超過10cm 則超出誤差范圍。參照表1統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并根據(jù)式（1）中誤差計(jì)算公式計(jì)算：

式（1）中Δx、y為坐標(biāo)差值，n為檢查點(diǎn)數(shù)量。

計(jì)算得出界址點(diǎn)中誤差為0.043 m，檢查點(diǎn)中最大的誤差為0.067 m，而且所檢查的界址點(diǎn)精度都在限差內(nèi)。因此，利用無人機(jī)攝影測量技術(shù)采集的數(shù)據(jù)可以滿足不動產(chǎn)登記中界址點(diǎn)精度，見表1。

表1 界址點(diǎn)實(shí)測與采集數(shù)據(jù)對比

（2）不動產(chǎn)單元面積精度

不動產(chǎn)登記中房產(chǎn)面積需滿足三級精度要求，研究人員抽查了9 組房產(chǎn)面積（統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表2），根據(jù)式（2）面積誤差公式計(jì)算：

式（2）中S 為房產(chǎn)面積。計(jì)算得出9 組房產(chǎn)面積精度小于1 倍中誤差，1 組房產(chǎn)面積精度小于2 倍中誤差。在測量中研究人員一般取2 倍中誤差作為限差，因此，9組檢查的房產(chǎn)面積全部符合精度要求，見表2。

表2 不動產(chǎn)單元面積精度統(tǒng)計(jì)表

3 結(jié)語

本文以某不動產(chǎn)登記項(xiàng)目為研究對象，對無人機(jī)攝影測量技術(shù)在不動產(chǎn)登記中的實(shí)施過程進(jìn)行介紹。并驗(yàn)證了無人機(jī)傾斜攝影測量的精度可以滿足不動產(chǎn)登記項(xiàng)目的需求，該技術(shù)相對傳統(tǒng)的全站儀與RTK 測量有以下優(yōu)勢：

（1）不動產(chǎn)數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程中，內(nèi)業(yè)操作增多，外業(yè)操作減少，很大程度降低了測繪工作者的勞動強(qiáng)度。

（2）無人機(jī)航飛與實(shí)景三維模型建立過程中的人員成本相對較少，減少了項(xiàng)目成本。

總體來說，利用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)進(jìn)行不動產(chǎn)登記是適應(yīng)目前生產(chǎn)需要的一種較好的方法，可以為不動產(chǎn)登記工作提供合適的解決方案。