無人機攝影測量技術(shù)在地籍測繪中的應(yīng)用方法及管理對策

紀(jì)桂欣

（山東天元信息技術(shù)集團有限公司，山東 東營 257000）

地籍測繪是地籍管理中的一項重要工作，通過地籍測繪，了解土地利用現(xiàn)狀，掌握土地及附著物權(quán)數(shù)、位置、質(zhì)量和數(shù)量等基本情況，從而做出更為科學(xué)合理的土地規(guī)劃與管理決策。地籍測繪是一項綜合、系統(tǒng)的工作，需要用到多種先進技術(shù)，如無人機攝影測量技術(shù)[1]。下面結(jié)合實際，對無人機攝影測量技術(shù)在地籍測繪中的應(yīng)用做具體分析。

1 無人機攝影測量技術(shù)簡析

無人機攝影測量技術(shù)通過從1 個垂直、4 個傾斜、5個不同的視角同步采集影像，獲取到豐富的建筑物頂面及側(cè)視的高分辨率紋理（圖1）。無人機攝影測量技術(shù)能快速、高效獲取測量區(qū)域數(shù)據(jù)信息，同時與高清實景三維建模相結(jié)合，通過相應(yīng)軟件分析處理所獲得的影像資料，構(gòu)建出區(qū)域內(nèi)高分辨率三維模型[2]。

圖1 無人機攝影測量示意圖

在應(yīng)用無人機航測技術(shù)測繪時，可根據(jù)測繪區(qū)域的地形地貌、氣候特征等，靈活、及時地調(diào)整航向、航高與航速等，使無人機與搭載的測繪器面對不同情況快速做出不同反應(yīng)，并盡可能獲取高精度數(shù)據(jù)與高分辨率遙感影像信息。除此之外，在測繪任務(wù)中，無人機車載系統(tǒng)可迅速到達作業(yè)區(qū)附近設(shè)站，根據(jù)任務(wù)要求每天可獲取數(shù)十至兩百平方公里的航測結(jié)果。

與傳統(tǒng)測繪方式相比，無人機攝影測量技術(shù)優(yōu)勢顯著。從測繪方式來看，傳統(tǒng)測繪采用的是接觸式、近距離測繪方式，測繪作業(yè)會受光照等因素影響，而無人機攝影測量技術(shù)采用非接觸式、遠距離測繪方式，不受光照影響，白天、黑夜都可作業(yè)。從測繪效率來看，傳統(tǒng)測繪技術(shù)用時長、速度慢、效率低和勞動強度大，而且還只能測繪點到點的距離。而無人機攝影測量技術(shù)自動完成對目標(biāo)物體的掃描，自動生成三維數(shù)據(jù)，測繪效率遠遠高于傳統(tǒng)測繪技術(shù)。從安全程度來看，傳統(tǒng)測繪技術(shù)局限性大、安全系數(shù)低，而無人機攝影測量采用非接觸式、遠距離測繪，不需要人員進入復(fù)雜或危險的環(huán)境測量，所以安全系數(shù)大大提高，人員安全得到保障。從結(jié)果出具方式來看，傳統(tǒng)測繪技術(shù)需要工作人員根據(jù)測繪到的數(shù)據(jù)在圖紙上手動標(biāo)記，而無人機攝影測量所得點云數(shù)據(jù)可直接導(dǎo)入Revit、Auto－CAD、3D MAX 和Sketchup 等BIM 軟件，通過軟件自動出具結(jié)果。無人機攝影測量技術(shù)可實現(xiàn)智能量測，輕松獲取長度、凈空、直徑、角度、方位角、坡度與坐標(biāo)等一系列數(shù)據(jù)，更重要的是，在測繪過程中，系統(tǒng)能根據(jù)點云數(shù)據(jù)對BIM 模型與CAD 圖紙做出準(zhǔn)確修改與校核，使最終的結(jié)果足夠準(zhǔn)確。從準(zhǔn)確率方面看，傳統(tǒng)測繪作業(yè)受干擾因素多，測繪數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率相對較低。而無人機攝影測量技術(shù)可自動獲取與處理數(shù)據(jù)，能將目標(biāo)物體或測繪現(xiàn)場的實際情況，通過三維點云數(shù)據(jù)準(zhǔn)確反映出來。三維點云數(shù)據(jù)是由軟件自動化處理，中間沒有經(jīng)過人為干預(yù)，因此也就避免了人為引起的誤差。據(jù)調(diào)查研究，目前的無人機攝影測量技術(shù)，精度已經(jīng)達到毫米級，所以數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率極高。從可視化角度來看，傳統(tǒng)測繪作業(yè)屬于平面二維作業(yè)，可視化程度不高，而無人機攝影測量屬于三維作業(yè)，無人機攝影測量所得點云數(shù)據(jù)為整體三維空間尺寸信息，具有極高的可視化程度[3]。

2 無人機攝影測量技術(shù)在地籍測繪中的應(yīng)用方法

2.1 測繪準(zhǔn)備

在運用無人機攝影測量技術(shù)開展地籍測繪工作時，要做好以下準(zhǔn)備工作：搜集測繪資料，研究測繪資料，確定測繪方案，組建測繪隊伍，制定測繪操作規(guī)范，向工作人員明確測繪流程、測繪進度計劃、質(zhì)量要求等。

2.2 無人機搭載攝影設(shè)備測繪

采用無人機攝影測量技術(shù)測繪時，由無人機搭載數(shù)字彩色航攝相機、數(shù)碼相機等先進設(shè)備，這些設(shè)備能快速獲取地表信息，獲得高精度定位數(shù)據(jù)與超高分辨率數(shù)字影像，能快速生成包括三維正射影像圖、三維地表模型、三維景觀模型等在內(nèi)的三維可視化數(shù)據(jù)，滿足測繪需求（圖2）。

圖2 無人機攝影測量設(shè)備

2.3 構(gòu)建DSM 數(shù)據(jù)模型

在運用無人機攝影測量技術(shù)開展地籍測繪工作時，測繪人員需構(gòu)建數(shù)字地表模型（DSM）等數(shù)據(jù)模型，通過該數(shù)據(jù)模型顯示地形地貌起伏狀態(tài)。在測繪工作中，測繪人員根據(jù)工程概況與前期搜集的信息資料，利用無人機攝影測量技術(shù)建立起地形地貌虛擬模型，然后從模型中提取分割影像，并從影像中分析與提取紋理等重要信息，最后將提取到的信息整合生成多視影像。多視影像生成后，工作人員還需根據(jù)實際要求進一步整合影像，得到更高精度的測繪信息。在DSM 中，導(dǎo)航定位定向系統(tǒng)增加了更多的圖像元素的外部方向，能夠?qū)崿F(xiàn)自動測繪，同時還能將測繪圖像按精度數(shù)據(jù)，從粗到細進行排列，每一層圖像都可用于自動匹配，從而實現(xiàn)對圖像的整合[4]。

2.4 多視影像數(shù)據(jù)處理

在運用無人機攝影測量技術(shù)開展地籍測繪時，測繪人員還需做好多視影像密集匹配工作，通過對多視影像的匹配處理，得到高精度的有用信息，為地籍管理提供參考依據(jù)。在測繪工作中，工作人員可利用多視影像的特點，有機整合墻面邊緣、建筑邊緣、建筑紋理等相關(guān)信息，并將此類信息轉(zhuǎn)換為三維數(shù)據(jù)，為相關(guān)人員的使用提供方便。

應(yīng)用無人機攝影測量技術(shù)測繪時，使相機與目標(biāo)物成一定角度，然后獲得垂直影像與傾斜影像。在依據(jù)這些影像數(shù)據(jù)進行三維建模時，需對垂直影像與傾斜影像通過相應(yīng)的處理軟件進行處理。目前市場上的多數(shù)處理軟件只適用于垂直影像，無法對傾斜影像數(shù)據(jù)做出有效處理。因此在建模之前可應(yīng)用聯(lián)合平差的方式，對獲取到的多視影像進行處理。處理時需考慮以下因素：垂直影像與傾斜影像之間是否存在幾何變形與遮擋問題；處理多視影像時，要注意保留影像的紋理與層次；匹配同名點時，需合理利用相關(guān)算法與數(shù)據(jù)，以保證最終得到的結(jié)果可以使用；處理時可聯(lián)立解算參數(shù)數(shù)據(jù)、控制點坐標(biāo)及平差方程，使最終的結(jié)果具有更高的精度。在處理影像間的變形與遮擋問題時，最常用的方法是通過相應(yīng)的軟件促進數(shù)據(jù)融合[5]。

進行內(nèi)業(yè)處理時，可運用GAMIT 等處理軟件進行。運用專業(yè)軟件將采集到的外業(yè)數(shù)據(jù)進行GLOBK平差，將平差結(jié)果生成報告形式并轉(zhuǎn)換為WGS84 坐標(biāo)。開展數(shù)據(jù)處理工作之前，先詳細檢查外業(yè)數(shù)據(jù)，確定外業(yè)采集到的數(shù)據(jù)符合使用要求后，再開展預(yù)處理工作。數(shù)據(jù)預(yù)處理主要需考慮以下問題：數(shù)據(jù)的偶然誤差，數(shù)據(jù)系統(tǒng)誤差。數(shù)據(jù)偶然誤差具有隨機性，是在測繪過程中由一系列不穩(wěn)定因素造成，對于偶然誤差，可通過求平均值的方法進行抵消。系統(tǒng)誤差則有非隨機性，系統(tǒng)誤差主要與儀器設(shè)備有關(guān)，如傳感器性能不過關(guān)，導(dǎo)致測繪到的數(shù)據(jù)出現(xiàn)透鏡焦距誤差、主點偏移誤差等。系統(tǒng)誤差會對建模精度及紋理映射效果產(chǎn)生一定影響，因此在正式建模之前必須采取相應(yīng)的技術(shù)方法消除系統(tǒng)誤差。如可運用基于Wallis 濾波的勻光勻色方式進行消除[6]。影像數(shù)據(jù)處理流程如圖3 所示。

圖3 影像數(shù)據(jù)處理流程

3 無人機攝影測量技術(shù)在地籍測繪中的應(yīng)用問題及管理對策

3.1 建立地基測量質(zhì)量責(zé)任制

建立測量質(zhì)量責(zé)任制，對各項管理責(zé)任進行細化、落實，以免在測量期間出現(xiàn)無人擔(dān)責(zé)、問題無人處理或相關(guān)人員職責(zé)重復(fù)交叉等問題。測量單位要細化質(zhì)量管理責(zé)任，設(shè)置專門的質(zhì)檢人員，工程測量期間，質(zhì)檢人員擔(dān)負起自身職責(zé)進入測量現(xiàn)場檢查測量情況，監(jiān)督測量質(zhì)量，以免出現(xiàn)質(zhì)量問題。

3.2 規(guī)范測量技術(shù)管理

由于我國測繪市場開放得較晚，許多測繪單位在技術(shù)水平、管理經(jīng)驗等方面還有欠缺，在開展具體的測繪工作時也缺少經(jīng)驗，缺乏完善的技術(shù)與質(zhì)量管理體系等。這些不足限制了地籍測繪工作的開展，也不利于地籍測繪質(zhì)量的提高。另外，測繪過程中，工作人員技術(shù)水平不高，存在外業(yè)數(shù)據(jù)采集遺漏、草圖繪制混亂表達不清、內(nèi)業(yè)分攤計算不合理等問題，使地籍測繪質(zhì)量受到影響。為保證地籍測繪質(zhì)量，提前對掌握的各項測繪區(qū)域的資料進行研討分析，準(zhǔn)確把握測繪內(nèi)容、測繪要求、測繪重難點及測繪環(huán)境等，進而制定科學(xué)合理的無人機攝影測量技術(shù)應(yīng)用方案，可將各環(huán)節(jié)、各部位的測繪細節(jié)編寫成冊，交由測繪人員學(xué)習(xí)掌握，以便工作人員能在實際的測繪工作中規(guī)范操作，保證測繪精度。

3.3 加強技術(shù)人員管理

參與地籍測繪的工作人員也是影響測繪質(zhì)量的一大重要因素。負責(zé)或參與工作的人員業(yè)務(wù)水平不高、職業(yè)技能缺乏、責(zé)任心不足等，就有可能引起測量誤差。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在地籍測繪作業(yè)中工作人員將數(shù)據(jù)混淆搞錯，將數(shù)據(jù)計算錯誤等情況時有發(fā)生。由此可見要想提升或保障地籍測繪質(zhì)量，就要進一步加強對測繪人員的教育培訓(xùn)與監(jiān)督管理，盡可能減少人為失誤[7]。在地籍測繪工作中，單位完善人員管理。對人員的管理從以下2 方面進行。

一是設(shè)立地籍測繪領(lǐng)導(dǎo)小組與實施小組，領(lǐng)導(dǎo)小組負責(zé)協(xié)調(diào)工作及決策，常規(guī)的監(jiān)測工作由實施小組完成。領(lǐng)導(dǎo)小組與實施小組全部成員要能正確理解地籍測繪的各項內(nèi)容和要求，學(xué)習(xí)地籍測繪規(guī)程，學(xué)習(xí)項目部、業(yè)主管理方面的規(guī)定和辦法，學(xué)習(xí)地籍測繪的操作流程和注意事項，了解不斷提高對該工作的認識。測繪人員要統(tǒng)一思想、提高認識，為測繪質(zhì)量負責(zé)。

二是加強對測繪作業(yè)人員的教育培訓(xùn)，通過定期的教育培訓(xùn)強化工作人員責(zé)任意識，提高其能力素質(zhì)，為測繪工作的開展打好基礎(chǔ)。無人機攝影測量技術(shù)屬于比較先進的技術(shù)，對人員的要求較高。因此在應(yīng)用無人機攝影測量技術(shù)開展地籍測繪工作時，需組織相關(guān)工作人員深入學(xué)習(xí)技術(shù)，掌握技術(shù)原理、特點、應(yīng)用要點及在實際應(yīng)用中的注意事項等，從而為各項實測工作打好基礎(chǔ)。企業(yè)可聘請行業(yè)專家、資深工作者、科研人員等，向測繪人員宣傳講解無人機攝影測量技術(shù)知識等，提高測繪人員的業(yè)務(wù)能力與職業(yè)素質(zhì)。另外在測繪過程中，加強對測繪人員的監(jiān)督管理，對一些測繪人員的違規(guī)操作行為，及時教育批評，并及時采取補救措施，避免最終的測繪質(zhì)量受到影響[8]。

3.4 完善儀器設(shè)備管理

在運用無人機攝影測量技術(shù)進行地籍測繪時，有可能出現(xiàn)測繪誤差。通過研究分析可知，測繪誤差主要與以下原因有關(guān)：測繪設(shè)備性能質(zhì)量不過關(guān)，在工作過程中引起誤差；信號傳播環(huán)境不理想，從而引起與信號有關(guān)的誤差。在具體的測繪作業(yè)中，工作人員要重視并防范這類測繪誤差，要通過相應(yīng)措施將誤差出現(xiàn)的概率降到最低。具體如在測繪前合理選擇儀器設(shè)備，根據(jù)國家與行業(yè)相關(guān)技術(shù)要求，做好對測繪設(shè)備等的選擇與檢定工作，確保測繪設(shè)備性能質(zhì)量良好，功能狀態(tài)穩(wěn)定可靠。為保證地籍測繪質(zhì)量，建立儀器設(shè)備管理體系，采用科學(xué)合理的方法加強對儀器設(shè)備的檢測管理，將儀器設(shè)備對地籍測繪成果的影響降到最低。首先是在正式測繪前，對無人機、攝影機等有關(guān)儀器設(shè)備做詳細檢查，確保其不存在質(zhì)量問題。其次是在測繪工作中按照技術(shù)規(guī)范正確操作設(shè)備，防止設(shè)備出現(xiàn)問題。另外，每次測繪結(jié)束后，都對儀器設(shè)備進行檢查與維護保養(yǎng)，以便下次使用。對于在測繪中出現(xiàn)故障或問題的儀器設(shè)備，做好記錄并及時上報處理。地籍測繪期間，無人機的航速、航線等參數(shù)，一旦設(shè)定就不能隨意更改，工作人員要為地籍測繪質(zhì)量負責(zé)。

4 結(jié)束語

綜上所述，無人機攝影測量技術(shù)理論先進、功能可靠、操作便捷和適用性高，能為地籍測繪作業(yè)帶來便利。在地籍測繪中應(yīng)用無人機攝影測量技術(shù)時，要結(jié)合實際科學(xué)制定技術(shù)應(yīng)用方案，規(guī)范運用測量技術(shù)，加強對技術(shù)的學(xué)習(xí)。強化對人員、儀器設(shè)備等要素的管理，從而保證測繪結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性。