無人機(jī)傾斜攝影在農(nóng)房不動(dòng)產(chǎn)調(diào)查中的應(yīng)用

余 城

（碩威工程科技股份有限公司，福建 福州 350000）

當(dāng)前世界正處于“互聯(lián)網(wǎng)+經(jīng)濟(jì)”時(shí)代，要想在這一時(shí)代搶占科技制高點(diǎn)，中國制造業(yè)必須提升平臺(tái)決策力、串聯(lián)各方終端、穿插虛實(shí)空間，打造出萬物互聯(lián)、萬物智慧的創(chuàng)新發(fā)展新生態(tài)。無人機(jī)傾斜攝影測量具有成本低、精度高、周期短的特性，將該技術(shù)應(yīng)用在測繪中有利于促進(jìn)測繪技術(shù)體系的結(jié)構(gòu)化、三維化、實(shí)體化，能夠?yàn)楦餍袠I(yè)智慧化、創(chuàng)新型發(fā)展提供技術(shù)支撐。無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在農(nóng)房不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍測量中應(yīng)用空間十分廣闊，它彌補(bǔ)了過去不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍測量工具精度、成本、效率等方面的不足，大幅提高了農(nóng)房不動(dòng)產(chǎn)測繪工作效率。

1 無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)的特性與優(yōu)勢

1.1 適用場景廣泛

傳統(tǒng)的測量技術(shù)雖然也能采集到必要的地物數(shù)據(jù)，但面對崎嶇、陡峭的地域環(huán)境，此類工作方式的人力與風(fēng)險(xiǎn)成本驟增。無人機(jī)不僅體積小、質(zhì)量輕、對起降點(diǎn)要求不高，還具有高敏捷性與強(qiáng)操作性，可以在復(fù)雜空間里閃轉(zhuǎn)騰挪，不懼溶洞、礦山等險(xiǎn)峻地勢，這十分有利于地勢險(xiǎn)要的農(nóng)房不動(dòng)產(chǎn)的信息采集工作。

1.2 影像信息豐富

無人機(jī)傾斜攝影一般會(huì)集成多臺(tái)傳感器，抓取前、后、左、右、下五個(gè)視角（見圖1），因此與衛(wèi)星、遙感技術(shù)相比，無人機(jī)所采集的影像數(shù)據(jù)精度更高、重疊度更大。這一特點(diǎn)也有效解決了視線遮擋、邊緣變形等傳統(tǒng)航拍的技術(shù)缺陷。無人機(jī)傾斜攝影測量使用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)保證各視角之間的一一對應(yīng)，按照精度級(jí)別建立起圖像與地標(biāo)點(diǎn)的精確像對關(guān)系，并將這些點(diǎn)位連接成高匹配度、高連接度的區(qū)域網(wǎng)。

圖1 無人機(jī)傾斜攝影五視角示例

1.3 平差技術(shù)優(yōu)越

無人機(jī)傾斜攝影測量借助POS系統(tǒng)獲取多視角初始參數(shù)，再利用金字塔匹配法對這些外方位元素值按由粗到細(xì)的影像等級(jí)進(jìn)行基于光束的自由網(wǎng)平差。它還能夠配合GPS、慣性測量單元所采集的地物數(shù)據(jù)展開聯(lián)合平差。在平差過程中，無人機(jī)可以實(shí)時(shí)列舉各地標(biāo)點(diǎn)觀測值與實(shí)際值的差異，以便及時(shí)調(diào)整誤差方程權(quán)重，減少控制點(diǎn)成像形變，這有利于提升后續(xù)工作中圖像空間姿態(tài)復(fù)原的效率。

1.4 三維數(shù)據(jù)精確

以往面向農(nóng)房不動(dòng)產(chǎn)測繪的三維建模工作在拓?fù)洹⒄筓V、貼圖方面均會(huì)耗費(fèi)巨大精力。無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)使用傾斜視角攝取多方位視圖，從中可以優(yōu)選出最貼合模型的紋理貼圖。無人機(jī)通過嚴(yán)格的像位匹配技術(shù)建立起同名點(diǎn)之間的對應(yīng)關(guān)系，將圖片信息與實(shí)際物理環(huán)境緊密聯(lián)系起來。并且，無人機(jī)采集的側(cè)視圖像極大補(bǔ)充了樹木、山巖、屋檐等自然地物或人工造物遮擋下的農(nóng)房結(jié)構(gòu)、紋理信息，不僅明晰了房屋邊界，還降低了貼圖紊亂、房屋主體結(jié)構(gòu)不明的麻煩，有利于減少外業(yè)作業(yè)的時(shí)間與安全隱患。

2 無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在農(nóng)房不動(dòng)產(chǎn)中的應(yīng)用

以“古田縣地籍調(diào)查項(xiàng)目”為主要案例，探析無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在古田縣農(nóng)房不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查中的應(yīng)用情況。古田縣地貌多樣、河流交錯(cuò)、丘陵縱橫，無人機(jī)的使用為本次測繪工作帶來很大方便，具體地勢格局見圖2。

圖2 古田縣地形圖

2.1 控制測量

在本次調(diào)查中，為保證調(diào)查精度，首級(jí)控制采用E級(jí)GPS控制網(wǎng)。每一村莊都設(shè)置2～4個(gè)E級(jí)控制點(diǎn)，在地處偏遠(yuǎn)、圖斑密度低的村莊應(yīng)酌情增加點(diǎn)位?？刂泣c(diǎn)盡可能鋪設(shè)在平坦、開闊、質(zhì)地堅(jiān)硬、無構(gòu)筑物投影的地面或房頂，以保證相關(guān)輔助設(shè)備能夠在其周圍安置妥當(dāng)，并使視域內(nèi)障礙物的高度角小于15°。為避免無線電干擾，本次測繪活動(dòng)控制點(diǎn)選址同電視臺(tái)、發(fā)電站等至少間隔200 m。在不同質(zhì)地澆筑標(biāo)志物時(shí)參數(shù)略有不相同，比如房頂標(biāo)與巖標(biāo)規(guī)格為20 cm×30 cm×15 cm，而土質(zhì)標(biāo)石則是20 cm×40 cm×40 cm。像控點(diǎn)、檢查點(diǎn)采用RTK測量技術(shù)獲取。

2.2 航飛影像采集

古田縣地籍測繪活動(dòng)采用迪奧普自主研發(fā)SV360-61多旋翼無人機(jī)，航飛拍攝時(shí)平均飛行速度為8 m/s，相對航高80 m，每次飛行35 min。航拍時(shí)段一般選在天氣晴朗的中午，因?yàn)檫@一階段光照充足且風(fēng)力小于15 m/s。航線設(shè)計(jì)須保證彎曲度不大于3%，下視地面分辨率優(yōu)于0.02 m。下視影像旁向重疊度不低于70%、航向重疊度則不低于80%，農(nóng)房密集區(qū)還要適當(dāng)增加影像重疊度。航線敷設(shè)與航向覆蓋均需考慮攝區(qū)邊界三維建模，超出攝區(qū)邊界線不少于三條航線、四條基線，這樣可以排除所有測量盲區(qū)，確保后續(xù)影像匹配、宗地面積計(jì)算、房屋現(xiàn)狀測量等工作不會(huì)出現(xiàn)誤讀、漏報(bào)等情況。無人機(jī)拍攝采用全畫幅或APS-C相機(jī)并搭載POS系統(tǒng)，以獲取分辨率高、保真度高、色調(diào)一致、層次鮮明的多視圖航空影像，從而滿足農(nóng)房地籍確權(quán)所需要的室內(nèi)核驗(yàn)、判繪要求。航拍過程中或出現(xiàn)攝制疏漏、數(shù)據(jù)缺失等現(xiàn)象，對其查缺補(bǔ)錄時(shí)焦距、角度、主距均參照先前拍攝規(guī)格，針對補(bǔ)拍內(nèi)容至少重疊7張相片。這樣，無人機(jī)所采集的農(nóng)房不動(dòng)產(chǎn)影像平整、無破面，窗框、雕花、煙囪、信標(biāo)等農(nóng)房附加物也清晰明確，能夠達(dá)到數(shù)據(jù)預(yù)處理要求。在無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)的加持下宗地主要界址點(diǎn)影像放大至實(shí)際像素大小后仍不失真，這對每一宗土地的界址、權(quán)屬推定而言都具有重要意義，從中也可以反推出農(nóng)房的基礎(chǔ)信息，為農(nóng)房不動(dòng)產(chǎn)登記建立統(tǒng)一性、整體性資料庫。

2.3 影像數(shù)據(jù)處理

無人機(jī)采集的影像數(shù)據(jù)入庫前需要經(jīng)過預(yù)處理與平差計(jì)算，以排除不合格的影像及數(shù)據(jù)，滿足三維系統(tǒng)對完整、高質(zhì)量數(shù)據(jù)成果的使用需求。首先，檢查航飛影像的色調(diào)、灰度、銳度、POS參數(shù)，確保影像數(shù)與外方位值相對應(yīng)，并根據(jù)WGS84坐標(biāo)系檢視航線間隔與航向重疊。其次，利用ContextCapture Center（原Smart3D）引擎對空三進(jìn)行運(yùn)算，以得到傾斜攝影實(shí)景三維建模。在提交空三后需要分區(qū)、分塊、分機(jī)對集群信息進(jìn)行運(yùn)算處理、同名點(diǎn)匹配、粗差點(diǎn)剔除等自由網(wǎng)平差計(jì)算以及基于像控點(diǎn)的約束網(wǎng)平差計(jì)算。最后，如果某一區(qū)塊影像多于5 000幅，可以將這一區(qū)塊細(xì)分為子區(qū)塊。同理，大區(qū)域三維場景也需要切分為小區(qū)域瓦片，瓦片尺寸視情況而定，如果農(nóng)房密集、結(jié)構(gòu)復(fù)雜可以進(jìn)一步細(xì)分，但每一區(qū)塊瓦片的長寬均需為50 m的倍數(shù)。隨后，利用ContextCapture Center（原Smart3D）軟件將三維實(shí)景模型輸出為OSGB格式，為后續(xù)數(shù)字線劃圖生產(chǎn)提供基礎(chǔ)資源。

2.4 數(shù)字線劃圖生產(chǎn)

在影像數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上，將無人機(jī)航測所獲取的OSGB實(shí)景模型導(dǎo)入SV365智能三維測繪系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集內(nèi)業(yè)處理并繪制線劃圖。借助三維模型的交互性、準(zhǔn)確性與情境性，內(nèi)業(yè)測繪數(shù)據(jù)定位精準(zhǔn)、所見即所得，大大減輕了外業(yè)核實(shí)的壓力。在農(nóng)房密集區(qū)域，SV365不僅能直接推算出屋檐、墻體、陽臺(tái)、通廊等結(jié)構(gòu)的空間參數(shù)，還能借助三維視野的全盤性還原層數(shù)、程高、房屋內(nèi)部信息并直接導(dǎo)出為DWG格式。但這也不必然表明已有三維模型信息是精準(zhǔn)無誤的，一些新增地物、遮蔽物以及內(nèi)外業(yè)測量紕漏要素仍需外業(yè)核查對其進(jìn)行數(shù)據(jù)修補(bǔ)。比如本項(xiàng)目試點(diǎn)階段，在依托于SV365智能三維測繪系統(tǒng)的線劃圖采集過程中，經(jīng)外業(yè)檢查及實(shí)地打點(diǎn)檢查發(fā)現(xiàn)，采用全站儀與測距儀采集的界址點(diǎn)精度誤差存在明顯差異。造成這一現(xiàn)象的主要原因是：

（1）采集人員吸附的是房角點(diǎn)，而非房屋面，農(nóng)村房屋存在局部變形的情況。

（2）內(nèi)業(yè)采集人員在采集工作中習(xí)慣吸附屋頂?shù)南裨M(jìn)行采集，而檢查人員采用測距儀量邊，采集點(diǎn)大概位于1.2 m附近。此類疏忽加大了誤差產(chǎn)生的概率。因此本項(xiàng)目在后期鋪開作業(yè)的時(shí)候改進(jìn)了作業(yè)工藝，房屋角點(diǎn)選在兩個(gè)相鄰面交會(huì)處，同時(shí)將采集的面整體下移。通過工藝改進(jìn)，本次地籍調(diào)查采用傾斜攝影測量技術(shù)獲取了滿足地籍精度的地形圖，為古田縣農(nóng)房不動(dòng)產(chǎn)調(diào)查的順利達(dá)標(biāo)提供了技術(shù)資源支撐。

3 調(diào)查結(jié)果

借助無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)，本次地籍調(diào)查工作旗開得勝，各項(xiàng)測量數(shù)據(jù)誤差均控制在指標(biāo)之內(nèi)，并完成62村共計(jì)15.77 km2的地籍測量工作，獲得成圖比例1∶500地籍精度的地形圖，調(diào)查成果順利通過專家組驗(yàn)收。得益于航拍數(shù)據(jù)成果的直觀性與系統(tǒng)性，古田縣農(nóng)房不動(dòng)產(chǎn)登記發(fā)證業(yè)務(wù)辦理效率大大增強(qiáng)。此外，測繪成果不僅能夠應(yīng)用于土地權(quán)屬調(diào)查方面，還能夠助力于礦產(chǎn)偵查、災(zāi)害防治、土地衛(wèi)片執(zhí)法檢查等行政活動(dòng)。

4 結(jié)語

以古田縣農(nóng)房不動(dòng)產(chǎn)調(diào)查為研究實(shí)例展現(xiàn)的無人機(jī)傾斜攝影測繪成果反映出該技術(shù)在人工智能、無人駕駛、城市智能化管理等領(lǐng)域的極高應(yīng)用價(jià)值。“新測繪”的興起始于國內(nèi)加工制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展轉(zhuǎn)型的倒逼，為順應(yīng)ICT時(shí)代對各行各業(yè)提出全新要求，需要以新測繪技術(shù)助力智能科技的探索研發(fā)，為高新行業(yè)提供高精度地物、空間、地圖、自然資源信息。這能夠提升我國加工制造業(yè)的智造研發(fā)能力，促使其把握發(fā)展先機(jī)，搶占國際智能市場，并完成由“做大”向“做強(qiáng)”的增長模式轉(zhuǎn)變。