無人機傾斜攝影測量技術(shù)在房地一體化項目中的應(yīng)用

摘要：在房地一體化測量項目中使用無人機傾斜攝影測量技術(shù)，可有效減少工作量，促進測繪效率及質(zhì)量明顯提升，并為數(shù)字化房屋登記以及不動產(chǎn)確權(quán)等業(yè)務(wù)開展提供更充分、更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。本文主要分析房地一體化測量思路，介紹無人機傾斜攝影測量技術(shù)其原理與優(yōu)勢，并以具體項目為例，探討該技術(shù)在房地一體化項目中的應(yīng)用要點和具體做法，實踐表明通過該技術(shù)展開房地一體化測量可獲取具有更高精度的測繪成果。

關(guān)鍵詞：無人機；傾斜攝影；房地一體化；三維模型

DOI：10.12433/zgkjtz.20232442

一、房地一體化測量概述

房地一體化測繪項目屬于一項常規(guī)的測量工作，主要是對房屋不動產(chǎn)幾何結(jié)構(gòu)及外觀特征，還有周邊地形等進行測量與繪制。而無人機傾斜攝影測量技術(shù)主要通過在無人機飛行平臺中搭載光學(xué)傳感器，從多個視角對地物地貌進行信息采集，同時結(jié)合方位角、高度以及坐標(biāo)等參數(shù)展開整體化分析，并在測量區(qū)域之內(nèi)構(gòu)建可視化的三維模型。在房地一體化項目中應(yīng)用此技術(shù)，可有效提升測量效率及精度，更方便、快捷、自動化地采集測量數(shù)據(jù)，還能生成更加直觀、完整的實景三維模型以及正射影像圖，促使房地權(quán)屬調(diào)查工作更加科學(xué)、更加高效。

二、房地一體化測量思路

房地一體化測量主要根據(jù)現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)規(guī)章規(guī)程，通過無人機傾斜攝影、地理信息系統(tǒng)（GIS）、數(shù)據(jù)庫、實景三維建模、全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）等技術(shù)和方法對房屋和構(gòu)筑物等精確開展空間位置測量以及權(quán)屬調(diào)查。房地一體化測量主要是在充分摸底調(diào)查原歷史資料基礎(chǔ)上，了解缺漏信息，并通過技術(shù)手段獲取更完整的地物數(shù)據(jù)資料，以持續(xù)補充房屋和相關(guān)構(gòu)筑物具體權(quán)屬信息，使房地資源更加完整，同步構(gòu)建包含確權(quán)登記資料、圖形屬性、空間位置等信息的調(diào)查數(shù)據(jù)庫，為不動產(chǎn)確權(quán)登記業(yè)務(wù)提供更為準(zhǔn)確、科學(xué)、完整的數(shù)據(jù)支撐。圖1為在房地一體化測量中用無人機傾斜攝影測量技術(shù)的流程。

三、無人機傾斜攝影測量技術(shù)

（一）測量原理

傳統(tǒng)攝影測量技術(shù)主要是以垂直拍攝形式采集正射影像，具有一定局限性，所以正射影像的精度有限，從而影響實際應(yīng)用，同時測量結(jié)果屬于偽正射影像。傾斜攝影測量技術(shù)是在測量相機的搭載下，立足多個角度采集地物影像，能夠獲得更完整且精度更高的地物信息，最終所得數(shù)據(jù)成果屬于真正射影像。在利用傾斜攝影測量技術(shù)過程中，主要有單鏡頭、五鏡頭兩種作業(yè)形式。其中，單鏡頭是無人機中所搭載的測量相機為單鏡頭，航攝作業(yè)過程中主要走井字形航線，先按照規(guī)劃線路采集地物的正射影像，隨后調(diào)整測量相機鏡頭角度和飛行路線，主要順著垂直線路和平行線路分別航攝作業(yè)，最終得到地物的傾斜影像；五鏡頭是指無人機中所搭載相機鏡頭有5個，航攝作業(yè)前要先預(yù)設(shè)S形航線，保證在相同時間內(nèi)能夠獲取前后左右傾斜方向和垂直方向?qū)?yīng)的地物影像資料。不論是選擇單鏡頭，還是五鏡頭，都有著相同的作業(yè)原理。不過，相比之下，五鏡頭攝像測量能明顯提高作業(yè)效率。在完成外業(yè)航攝作業(yè)并獲得影像資料后，利用專業(yè)軟件處理內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)等，并經(jīng)過影像匹配、密集匹配、空三測量、地理紋理映射、三角網(wǎng)構(gòu)建等環(huán)節(jié)，以測區(qū)為基礎(chǔ)建立實景三維模型，要保證高精度。隨后基于三維模型以及房地一體化測量需求提取相關(guān)地物信息，最終獲得測繪成果。

（二）技術(shù)優(yōu)勢

在應(yīng)用過程中，通過充分應(yīng)用三維數(shù)據(jù)能夠及時、真實、全面地獲取地物數(shù)據(jù)，在無人機輔助下能明顯提升影像數(shù)據(jù)采集效率，使攝影作業(yè)更加便捷，并能夠全自動化、快捷化地建立三維模型，還能使所獲取的地物紋理細節(jié)更加完整、全面，以更真實、準(zhǔn)確地反映地物情況，促使地測等工作開展更為高效、順利。而在無人機傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用中，可從垂直、傾斜等角度更全面、更真實地采集空間信息，所得到的影像資料更加準(zhǔn)確、全面。同一個飛行平臺可搭載多個影像傳感器，同時配合應(yīng)用自動化影像，可盡量減少人工干預(yù)，提升航攝效率及質(zhì)量。此外，該項技術(shù)可突破天氣等因素局限，遇到惡劣天氣時可從外業(yè)作業(yè)轉(zhuǎn)向內(nèi)業(yè)工作，并有助于縮減工作量，減輕人員作業(yè)壓力，提升作業(yè)效率。

四、無人機傾斜攝影測量技術(shù)在房地一體化項目中的應(yīng)用

（一）測區(qū)概況

在某房地一體化測繪項目中，測繪區(qū)域主要是平原地形，整體地勢比較平坦，區(qū)域中包括房屋、鄉(xiāng)村道路、農(nóng)田、果樹、水系等地物，測區(qū)面積共計0.5km2左右。測區(qū)中的房屋大部分是磚混房屋（1～3層），排列比較整齊。

（二）獲取外業(yè)數(shù)據(jù)

此項目在外業(yè)作業(yè)過程中，主要用無人機搭載五鏡頭清晰相機采集影像數(shù)據(jù)，設(shè)定航線高度是100m，旁向與橫向的重疊度分別是75%、80%。在通過無人機進行影像數(shù)據(jù)獲取中，地面分辨率最終是0.018 m。在傾斜攝影測量技術(shù)應(yīng)用中，像控點測量屬于關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為保證最終所得數(shù)據(jù)結(jié)果具有較高精度，需盡量提升像控點的測量精度，并要合理布設(shè)像控點點位，經(jīng)科學(xué)計算確定布設(shè)數(shù)量。在該項目中，像控點主要布設(shè)在方便內(nèi)業(yè)測點、易于辨別且相對空曠的特征位置，設(shè)置點間距在100～150m。結(jié)合該項目測量要求以及具體測量范圍，所布設(shè)的像控點共計15個。在外業(yè)作業(yè)中，主要通過當(dāng)?shù)谻ORS網(wǎng)絡(luò)RTK賬號測量像控點，基于CGCS2000坐標(biāo)獲取三維坐標(biāo)。通過項目所在區(qū)域的似大地水準(zhǔn)面模型對大地高H進行轉(zhuǎn)換，得出符合1985國家高程基準(zhǔn)的高H85。此外，在項目開展中還按照技術(shù)規(guī)范設(shè)置所有像控點觀測次數(shù)為5次，計算得出平均值，將其視作相應(yīng)像控點的三維坐標(biāo)成果，最終保證平面精度和高程精度其誤差分別在±3cm、±5cm以內(nèi)。

（三）建立實景三維模型

在建立實景三維模型過程中，關(guān)鍵是要開展空中三角測量工作。在作業(yè)前，先對無人機各項參數(shù)進行預(yù)處理，并在軟件中導(dǎo)入相機屬性參數(shù)、像控點參數(shù)、POS參數(shù)以及影像數(shù)據(jù)等，隨后開展空中三角測量工作。在這一環(huán)節(jié)，需要開展像控點測點，要求工作人員嚴(yán)格控制好測點精度，保證能夠達到亞像元。在完成空三加密工作且合格后，要進行后續(xù)處理，主要包括TIN構(gòu)建與濾波等操作，在TIN處理后建立白膜三維模型，自動化地映射紋理，并基于實景自動化生成三維模型。對于配置較低的計算機資源，為盡量提升利用率，縮短建模周期，主要以分塊切割的方式處理瓦片，并以O(shè)SGB格式建立實景三維模型，完成數(shù)據(jù)輸出，最終獲得具有較好質(zhì)量和整體性的實景三維模型。

（四）采集不動產(chǎn)測繪要素參數(shù)

這項工作主要借助EPS測圖軟件，原軟件所生成數(shù)據(jù)為OSGB格式，但EPS測圖軟件能夠識別的格式為DSM，要先進行格式轉(zhuǎn)換，得到DSM格式的數(shù)據(jù)后采集不動產(chǎn)測繪要素相關(guān)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)，要素對象主要是測區(qū)范圍之內(nèi)的獨立地物、房屋、植被、水系、道路等。而在對內(nèi)業(yè)的不動產(chǎn)進行測繪要素采集期間，需考慮到部分實景三維模型可能被樹木等物體遮蔽，要專門安排工作人員進行外業(yè)調(diào)繪以及補測等工作，保證所采集到的不動產(chǎn)測量數(shù)據(jù)更加精確、完整。

（五）測量數(shù)據(jù)精度分析

在不動產(chǎn)測量中，衡量測量精度的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)主要有房產(chǎn)面積界址點的測量誤差。界址點誤差涵蓋了房角點或者界址點的間距誤差、界址點相應(yīng)點位的誤差。為驗證項目測量區(qū)域內(nèi)的測量成果實際準(zhǔn)確性，主要選擇面積精度、房角點或者界址點的間距精度，界址點對應(yīng)點位的精度三個指標(biāo)，并在所采集外業(yè)實測數(shù)據(jù)中均勻的選擇部分數(shù)據(jù)，以驗證項目測量成果精度。

根據(jù)項目所在地的不動產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查技術(shù)要求，在利用無人機傾斜攝影技術(shù)測量期間，所獲取成果其精度要達到以下標(biāo)準(zhǔn)：①對于二級界址點，對應(yīng)點位殘差的中誤差、房角點或者界址點相關(guān)間距殘差的中誤差是±5cm，技術(shù)要求的允許誤差是±10cm。②對于三級界址點，其相應(yīng)點位殘差中誤差，還有房角點或者界址點具體的間距殘差中誤差應(yīng)達到±7.5cm，技術(shù)要求的允許誤差是±15cm。③針對房產(chǎn)測量面積，則需要符合項目所在地三級精度指標(biāo)。另外，技術(shù)要求指出在以一般農(nóng)村房屋為測量對象進行界址點測量期間，誤差要符合三級精度指標(biāo)要求。

1.界址點的點位精度

根據(jù)地籍調(diào)查規(guī)程相關(guān)要求，房角點或者界址點其間距中誤差，還有界址點對應(yīng)點位的中誤差在實際計算中可參考以下公式：

在公式（1）中，M是指房角點或者界址點相應(yīng)間距中誤差、界址點對應(yīng)點位的中誤差；Δ是指同名房角點或者界址點相應(yīng)的間距殘差以及同名界址點對應(yīng)點位的殘差；n是指檢測點布設(shè)數(shù)量。

通過對該項目測區(qū)房屋布局現(xiàn)狀全面分析，基于均勻性原則選擇界址點，共計45個，同時在全站儀的利用下展開實地測量工作，由工作人員認真對比無人機傾斜攝影測量技術(shù)應(yīng)用成果和實測數(shù)據(jù)，并展開數(shù)據(jù)分析。在45個界址點中，通過計算點位殘差值，得出相應(yīng)殘差中誤差是0.060 m。根據(jù)點位誤差分析情況，可發(fā)現(xiàn)最小點位誤差和最大點位誤差分別是0.018m、0.089m。由此可見，在45個界址點中，點位誤差均在技術(shù)要求允許誤差以內(nèi)，點位精度也符合三級精度要求。

2.界址邊長精度

在不動產(chǎn)測量中，房角點或者界址點相應(yīng)間距誤差是精度衡量的另一重要指標(biāo)，對于該項目，主要在測量區(qū)域中按照均勻性原則選取75條界限邊長，并在激光測距儀的利用下對界址點其間距邊長進行測量，最后對比分析所得出的測量結(jié)果和傾斜測量結(jié)果。表1是界址點對應(yīng)間距邊長測量中的部分殘差統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

基于檢核數(shù)據(jù)，通過公式（1）計算發(fā)現(xiàn)，界址點相應(yīng)間距殘差對應(yīng)中誤差達到了0.036m，并且界址間距殘差最大值和最小值分別是0.09m、0.01m。結(jié)合間距邊長殘差數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)該項目中所測的界址邊長精度符合二級精度要求。

3.房產(chǎn)面積精度

在房產(chǎn)測量中，房產(chǎn)面積殘差對應(yīng)中誤差是在精度評定過程中的關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，限差為2倍中誤差。結(jié)合技術(shù)要求，因為該項目測量區(qū)域位于農(nóng)村地區(qū)，所以在測量房產(chǎn)面積過程中，測量值要符合三級精度要求，具體計算可參考公式（2）：

在公式（2）中，M是指房產(chǎn)面積對應(yīng)的中誤差；S是房產(chǎn)面積（m2）。

對于該項目，主要在測量區(qū)域中基于均勻性原則選擇其中的40棟房子展開外業(yè)實測，并參考公式（2）計算房產(chǎn)面積。結(jié)合房產(chǎn)面積精度計算數(shù)據(jù)，可發(fā)現(xiàn)在對這40棟房子實測期間，房產(chǎn)面積其相關(guān)殘差中誤差達到0.55m2，其中，有29棟面積殘差不超過1倍中誤差，另有11棟，面積殘差不超過2倍中誤差。另外，在面積殘差中，最大值和最小值分別是1.33、0.02m2，所以此次測量中所選40棟房子最終的房產(chǎn)面積測量數(shù)據(jù)精度均符合三級精度要求。

五、結(jié)語

綜上所述，本研究在充分把握無人機傾斜攝影測量技術(shù)原理及優(yōu)勢，明確房地一體化測量思路基礎(chǔ)上，在某房地一體化測量項目中運用無人機傾斜攝影測量技術(shù)，并根據(jù)技術(shù)規(guī)范和精度指標(biāo)要求，對運用此技術(shù)得出的測量成果開展精度分析。實踐表明，運用此技術(shù)測量可在外業(yè)測量中明顯減少物力以及人力等的投入，并可縮短外業(yè)作業(yè)周期，從而提高房地一體化項目實施效率與質(zhì)量。

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作者簡介：趙壘千（1979），男，內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市人，本科，副高級工程師，研究方向為地形圖測繪、大地測量、工程測量、攝影測量與遙感、界線與不動產(chǎn)測繪、國土資源調(diào)查、城市國土空間監(jiān)測。