基于無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)繪技術(shù)的農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍測(cè)量

楊學(xué)武 YANG Xue-wu

（赤峰市不動(dòng)產(chǎn)登記中心，赤峰 024000）

0 引言

長(zhǎng)期以來(lái)，采用傳統(tǒng)的全野外數(shù)字測(cè)圖模式進(jìn)行農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查和測(cè)繪工作，存在成本較高、工序繁瑣、效率低下等問題。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的測(cè)繪新技術(shù)開始涌現(xiàn)并被廣泛應(yīng)用于測(cè)繪各行業(yè)。無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是近幾年發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，能夠真實(shí)、全面反映房屋、道路的界址和面積等信息，具有高精度、高效率、操作自動(dòng)化等特點(diǎn)，在不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪領(lǐng)域有著較好的前景。該技術(shù)的應(yīng)用是解決各種土地糾紛、推進(jìn)不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍測(cè)量工作優(yōu)化的有效途徑。對(duì)此，本文研究了無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)繪技術(shù)在某農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍測(cè)量中的優(yōu)勢(shì)、測(cè)量技術(shù)流程、內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)處理技術(shù)等，并將該技術(shù)與常規(guī)權(quán)籍測(cè)量方法和三維激光掃描方法在精度、效率、難度等方面進(jìn)行綜合對(duì)比，以期為不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍測(cè)量提供更多更靈活的選擇。

1 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)繪技術(shù)原理與應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.1 測(cè)量原理與關(guān)鍵技術(shù)

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是集無(wú)人機(jī)技術(shù)、傳統(tǒng)航空攝影技術(shù)、GPS 差分技術(shù)等多種技術(shù)于一體的新型測(cè)繪技術(shù)，其技術(shù)原理為在一個(gè)無(wú)人機(jī)平臺(tái)上搭載多個(gè)傳感器，從垂直、傾斜等多角度獲取地物的空間信息，配合GPS 和POS 定位定向技術(shù)記錄拍攝點(diǎn)的位置信息，運(yùn)用數(shù)據(jù)處理軟件構(gòu)建三維模型，最終生成數(shù)字線劃圖（DLG），獲取地面物體更加完整、精準(zhǔn)的信息。無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展不僅擴(kuò)大了該技術(shù)在測(cè)繪各領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，也推動(dòng)了測(cè)繪行業(yè)的進(jìn)步。在農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍具體的測(cè)繪作業(yè)中，傾斜攝影測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)包括航攝規(guī)劃、像控點(diǎn)布設(shè)、空三加密等技術(shù)。一般無(wú)人機(jī)飛行測(cè)量前，需要結(jié)合攝區(qū)地形情況、宅基地格局、房屋結(jié)構(gòu)等因素設(shè)計(jì)合理的相機(jī)參數(shù)、航線規(guī)劃和飛行速度等。合理的航攝規(guī)劃是測(cè)繪影像有著較高質(zhì)量的保障，也是減少補(bǔ)測(cè)和返工的主要途徑。根據(jù)規(guī)劃的航線長(zhǎng)度、測(cè)區(qū)面積等選擇合理的像控點(diǎn)個(gè)數(shù)，通常像控點(diǎn)會(huì)均勻分散在測(cè)區(qū)的中心和四角位置?？杖强罩腥菧y(cè)量的簡(jiǎn)稱，空三加密技術(shù)是以像片上量測(cè)的像點(diǎn)坐標(biāo)為依據(jù)，采用相關(guān)算法，根據(jù)少量的野外控制點(diǎn)，在計(jì)算機(jī)上解求出所攝地區(qū)未知點(diǎn)的高程和地面坐標(biāo)。空三加密技術(shù)是決定傾斜攝影測(cè)量最終成果質(zhì)量的重要因素[1-2]。

1.2 技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在智慧城市、智慧旅游、農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍測(cè)量以及違章建筑監(jiān)測(cè)中應(yīng)用廣泛，基于該技術(shù)獲得的實(shí)景模型能夠?yàn)楦黝I(lǐng)域提供大范圍真實(shí)的地理環(huán)境、豐富全面的建筑物信息。將無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍測(cè)量中可發(fā)揮其全方位數(shù)據(jù)采集、高效率、高精度、操作自動(dòng)化等多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。從垂直、前、后、左、右五個(gè)角度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集能全方位獲取地物空間信息；快速的業(yè)外數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)建模與數(shù)據(jù)處理大大縮減了測(cè)繪時(shí)間，節(jié)約了人力，將大量的外業(yè)工作轉(zhuǎn)移到業(yè)內(nèi)，降低了業(yè)外勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也能夠減少測(cè)繪工作受天氣因素的影響；傾斜攝影測(cè)量的分辨率已經(jīng)達(dá)到2cm，可較好滿足農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍測(cè)量作業(yè)的數(shù)據(jù)精度要求；該測(cè)量方式獲取的三維數(shù)據(jù)帶有空間位置信息，能夠同時(shí)輸出數(shù)字表面模型、數(shù)字線劃圖和數(shù)字高程模型等數(shù)字成果，且數(shù)據(jù)成果有著較高的應(yīng)用價(jià)值，可繼續(xù)應(yīng)用于規(guī)劃、管理領(lǐng)域。

2 農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍測(cè)量

隨著傾斜攝影測(cè)繪技術(shù)的快速發(fā)展，其在農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍測(cè)量中的應(yīng)用前景更加廣闊，為進(jìn)一步驗(yàn)證該技術(shù)相比于其他技術(shù)在工作效率、數(shù)據(jù)精度、技術(shù)難度等方面的優(yōu)勢(shì)，采用該方法與常規(guī)不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍測(cè)量方法、三維激光掃描測(cè)量方法對(duì)某農(nóng)村進(jìn)行不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍測(cè)量對(duì)比。該調(diào)查區(qū)的地勢(shì)不平、宅基地格局不規(guī)則，區(qū)域內(nèi)老房較多且房屋結(jié)構(gòu)不規(guī)則，宗地界址、房屋實(shí)際面積的確定存在一定難度[3]。

2.1 常規(guī)權(quán)籍測(cè)量方法

全站儀測(cè)量是一種常見的外業(yè)數(shù)據(jù)采集方法，將其應(yīng)用于該試驗(yàn)農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍的測(cè)量，具備流程簡(jiǎn)單、設(shè)備成本低、測(cè)量方法多等優(yōu)勢(shì)，但單獨(dú)使用全站儀進(jìn)行測(cè)量需要大量人力物力，且受天氣變化、農(nóng)村地區(qū)樹木遮擋等影響較大。對(duì)此，將其和GPS-RTK 測(cè)量方法組合應(yīng)用，彌補(bǔ)各自缺陷，減小測(cè)量誤差。

在該試驗(yàn)農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)測(cè)量中，先進(jìn)行GPS 首級(jí)控制網(wǎng)的布設(shè)，在目標(biāo)明顯、點(diǎn)位位置較高、無(wú)遮擋的位置埋設(shè)控制點(diǎn)，構(gòu)建平面控制網(wǎng)圖。根據(jù)GPS 接收機(jī)選用要求，采用三臺(tái)雙頻GPS 接收機(jī)進(jìn)行觀測(cè)。GPS 控制測(cè)量工作模式為載波相位靜態(tài)相對(duì)定位模式。經(jīng)初步檢查后開機(jī)，記錄開機(jī)時(shí)間、測(cè)站編號(hào)以及天氣情況，在接收機(jī)旁不使用其他電子設(shè)備以免影響測(cè)量精度。D、E 級(jí)GPS 控制網(wǎng)靜態(tài)測(cè)量技術(shù)要求如表1 所示。

表1 GPS 控制網(wǎng)靜態(tài)測(cè)量技術(shù)要求

采用數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行基線解算，經(jīng)過基線向量計(jì)算，檢核，進(jìn)行三維無(wú)約束平差，評(píng)定控制網(wǎng)精度。對(duì)于該農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)首級(jí)控制測(cè)量觀測(cè)文件有14 個(gè)，站點(diǎn)數(shù)9 個(gè)，基線24 條。在此基礎(chǔ)上布設(shè)二級(jí)圖根控制點(diǎn)，根據(jù)該農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)密集程度和通視條件布設(shè)15 個(gè)圖根點(diǎn)。運(yùn)用動(dòng)態(tài)RTK 測(cè)量圖根控制點(diǎn)，可保障控制點(diǎn)的精度均勻，獲得15個(gè)控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)。從其中選出5 條邊，檢測(cè)邊長(zhǎng)的距離，發(fā)現(xiàn)邊長(zhǎng)的核驗(yàn)誤差小于1/3000。之后進(jìn)行界址測(cè)量，為該農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)地籍圖繪制提供位置信息。使用全站儀結(jié)合動(dòng)態(tài)RTK 進(jìn)行界址測(cè)量，觀測(cè)到95 塊宗地，135 個(gè)房屋界址點(diǎn)。同時(shí)觀測(cè)了區(qū)域范圍內(nèi)的房屋、圍墻、道路等地物要素，運(yùn)用Cass9.1 成圖軟件繪制該試驗(yàn)農(nóng)村的地籍圖，運(yùn)用坐標(biāo)法可測(cè)得宗地面積[4]。

2.2 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量方法

2.2.1 工作流程

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量工作包括前期準(zhǔn)備工作、像控點(diǎn)布測(cè)、影像采集、數(shù)據(jù)檢查整理和導(dǎo)入、空三加密處理、制作數(shù)字線劃圖（DLG）等，其基體的工作流程圖如圖1 所示。

圖1 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)流程圖

2.2.2 外業(yè)數(shù)據(jù)采集

本次試驗(yàn)采用“六旋翼無(wú)人機(jī)AC1500”平臺(tái)，該無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的成本低、可靠性高、體積不大、操作使用簡(jiǎn)單，且定位精度與影像分辨率也較高。六旋翼無(wú)人機(jī)AC1500 的技術(shù)參數(shù)如表2 所示。

表2 無(wú)人機(jī)技術(shù)參數(shù)

搭載的傾斜攝影相機(jī)為AP2300，其影像像元大小4.88um，焦距24mm，地面分辨率為0.02m。根據(jù)這些數(shù)據(jù)可計(jì)算無(wú)人機(jī)飛行時(shí)相對(duì)于基準(zhǔn)面的垂直距離，將該試驗(yàn)無(wú)人機(jī)的航高設(shè)為150m。為保障后續(xù)的影像匹配和三維模型的良好構(gòu)建，確定航向重疊度和旁向重疊度均為75%。根據(jù)測(cè)區(qū)0.12 平方公里的總面積，設(shè)定四條航線，航線間距55.3m 左右，拍攝間距35m。在該區(qū)域設(shè)定12 個(gè)像控點(diǎn)，像控點(diǎn)立體、均勻分布在測(cè)區(qū)內(nèi)。采用動(dòng)態(tài)GPS-RTK 測(cè)量技術(shù)進(jìn)行像控點(diǎn)測(cè)量。在測(cè)區(qū)內(nèi)選擇寬闊平坦的地方組裝無(wú)人機(jī)，在地面遙控控制板上輸入航攝規(guī)劃和攝影任務(wù)，進(jìn)行航空傾斜攝影。無(wú)人機(jī)在該測(cè)區(qū)的航攝飛行過程中，航線總長(zhǎng)達(dá)4 公里，采集的影像總數(shù)為99 張，飛行時(shí)間總共0.2 小時(shí)[5-6]。

2.2.3 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

在業(yè)外獲取該測(cè)區(qū)影像信息的基礎(chǔ)上，進(jìn)行業(yè)內(nèi)影像處理以快速構(gòu)建測(cè)區(qū)的三維立體模型。 采用ContextCapture 軟件進(jìn)行業(yè)內(nèi)的數(shù)據(jù)處理與建模，數(shù)據(jù)處理的具體流程為：首先進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，檢查采集數(shù)據(jù)的完整性與可靠性，刪除廢片，對(duì)多種數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合差分解算獲取高精度POS 數(shù)據(jù)。采用ContextCapture 軟件創(chuàng)建工程，下一步將全部照片和POS 數(shù)據(jù)導(dǎo)入，同時(shí)輸入相機(jī)的參數(shù)信息，自動(dòng)進(jìn)行影像匹配，將野外布設(shè)的像控點(diǎn)和影像進(jìn)行關(guān)聯(lián)，進(jìn)行空中三角測(cè)量生成空三報(bào)告[7]。軟件自動(dòng)完成該農(nóng)村區(qū)域三維模型的構(gòu)建，生成該試驗(yàn)農(nóng)村區(qū)域75 塊宗地實(shí)景三維模型[8]。該農(nóng)村部分區(qū)域三維真實(shí)模型如圖2 所示。

圖2 三維真實(shí)模型

利用EPS 三維測(cè)圖軟件制作該試驗(yàn)農(nóng)村1:500 DLG圖。采集居民地及圍墻、交通及附屬設(shè)施、管線及附屬設(shè)施、植被等地物要素和地貌要素，繪制標(biāo)準(zhǔn)房屋、道路和其他地物要素，輸出DLG 圖。

2.3 三維激光掃描測(cè)量方法

三維激光掃描技術(shù)是一項(xiàng)定位精度高、自動(dòng)化程度高、數(shù)據(jù)采集快的新興技術(shù)，通過掃描物體采集大量的三維點(diǎn)，可快速處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)并構(gòu)建出目標(biāo)物體的三維立體模型，給出各種幾何數(shù)據(jù)。將該技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍的調(diào)查能夠在短時(shí)間內(nèi)完成大量的測(cè)量任務(wù)，極大地提升了作業(yè)效率，且該技術(shù)定位方式多樣，可較好保障采集數(shù)據(jù)的精度。但相比與前兩種測(cè)量方法，三維激光掃描系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)備價(jià)格都較為高昂，測(cè)量過程中設(shè)施的損傷會(huì)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。該技術(shù)的細(xì)節(jié)復(fù)雜，作業(yè)難度較高，需要專業(yè)的測(cè)量人員。

采用移動(dòng)背包掃描儀對(duì)該農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍進(jìn)行測(cè)量，先進(jìn)行準(zhǔn)備工作，對(duì)于該試驗(yàn)農(nóng)村進(jìn)行掃描軌跡的規(guī)劃，基準(zhǔn)站的設(shè)置。然后按照規(guī)劃路線對(duì)巷子、院子、房屋等采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)，最后掃描路線閉合完成采集任務(wù)。將獲取的外業(yè)數(shù)據(jù)包括POS 數(shù)據(jù)、點(diǎn)云數(shù)據(jù)和GPS 數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。采用軌跡解算軟件，解算出移動(dòng)背包的POS 數(shù)據(jù)，消除誤差，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析生產(chǎn)有位置的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。運(yùn)用自動(dòng)預(yù)處理軟件自動(dòng)進(jìn)行時(shí)間匹配，消除重疊數(shù)據(jù)之間的誤差。融合多種數(shù)據(jù)生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)，再與影像數(shù)據(jù)融合得到真實(shí)的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，從中提取不動(dòng)產(chǎn)要素，繪制出該農(nóng)村的宗地圖、房屋分布圖等[9]。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

基于以上三種方法進(jìn)行該農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍測(cè)量的對(duì)比分析，明確該測(cè)繪新技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

3.1 精度分析

界址點(diǎn)精度對(duì)比參考值為0.05m，界址線邊長(zhǎng)精度對(duì)比參考值為0.1m。以常規(guī)權(quán)籍測(cè)量成果為參考，為其他兩種方法進(jìn)行精度對(duì)比。將無(wú)人機(jī)傾斜攝影方法和常規(guī)方法進(jìn)行對(duì)比，在上述獲取的數(shù)據(jù)成果中選取820 個(gè)界址點(diǎn)進(jìn)行中誤差對(duì)比，發(fā)現(xiàn)無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量界址點(diǎn)數(shù)據(jù)精度中誤差集中在0.05 以下，對(duì)比可知約有77%符合界址點(diǎn)中誤差。三維激光掃描測(cè)量方法與常規(guī)方法獲取的界址點(diǎn)比對(duì)，符合精度規(guī)范的界址點(diǎn)約占88%。

在無(wú)人機(jī)傾斜攝影所得DLG 圖中選取243 條房屋界址線邊長(zhǎng)與常規(guī)方法所得邊長(zhǎng)數(shù)據(jù)對(duì)比計(jì)算偏差，發(fā)現(xiàn)70%左右的界址線誤偏差小于0.05m，三維激光掃描方法獲取的邊長(zhǎng)偏差也集中在0.05m 左右，這兩種方法均可滿足農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍測(cè)量精度要求。

3.2 效率分析

在該農(nóng)村0.12 平方公里共75 塊宗地的權(quán)籍測(cè)量中，常規(guī)測(cè)量方法和無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)繪新方法的作業(yè)時(shí)間分配表如表3 所示。

表3 不同測(cè)量方法下作業(yè)時(shí)間分配表 單位：h

可見，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在外業(yè)數(shù)據(jù)采集方面比常規(guī)測(cè)量模式快十幾倍。這兩種方法在其他方面所需時(shí)間相差無(wú)幾。從整體上來(lái)看，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)使得農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍測(cè)量時(shí)間顯著縮減，提高作用效率約56%，充分展現(xiàn)了其快速、高效的測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)。

在經(jīng)濟(jì)效率的對(duì)比中，一套常規(guī)測(cè)量系統(tǒng)軟硬件成本在幾千幾萬(wàn)元，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)成本在幾萬(wàn)幾十萬(wàn)，而三維激光掃描系統(tǒng)成本為兩三百萬(wàn)。技術(shù)難度的對(duì)比中，常規(guī)測(cè)量方法最簡(jiǎn)單，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量方法復(fù)雜度高，第三種方法復(fù)雜度較高，作業(yè)流程也較復(fù)雜。因此，綜合來(lái)看，效率高、使用方便、成本適中的無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是該農(nóng)村區(qū)域最為適宜的不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍測(cè)量技術(shù)[10]。

4 結(jié)語(yǔ)

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)有著靈活、操作簡(jiǎn)單、成本低、分辨率高等優(yōu)勢(shì)，該技術(shù)非常適合范圍廣、面小、分散的農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查與測(cè)量。經(jīng)本文在應(yīng)用優(yōu)勢(shì)、技術(shù)流程、內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)和試驗(yàn)對(duì)比等方面的研究，證實(shí)了該技術(shù)可提高農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍測(cè)量精度、生產(chǎn)效率以及經(jīng)濟(jì)效益。無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)今后將在農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍測(cè)量和管理中發(fā)揮更大的作用。