無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪中的應(yīng)用研究

徐小芹 程帆 周勇 許明

摘要：隨著科技的不斷發(fā)展，無(wú)人機(jī)技術(shù)逐漸成為地理信息獲取的重要手段，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)具有高精度、高效率的優(yōu)點(diǎn)。研究旨在探討無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的基本原理和關(guān)鍵技術(shù)，以及在農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪中的應(yīng)用，詳細(xì)探討了像控點(diǎn)布設(shè)、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集、實(shí)景模型構(gòu)建、外業(yè)補(bǔ)測(cè)等技術(shù)流程，輸出成果證明了該方法的有效性，可以為農(nóng)村地籍調(diào)查、產(chǎn)權(quán)登記和土地規(guī)劃提供科學(xué)有效的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)?農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)?影像匹配?航攝規(guī)劃

中圖分類號(hào)：P231

Research?on?the?Application?of?the?Drone?Oblique?Photography?Technology?in?Rural?Real?Estate?Surveying?and?Mapping

XU?Xiaoqin??CHENG?Fan??ZHOU?Yong??XU?Ming

Hubei?Institute?of?Aerial?Photogrammetry?and?Remote?Sensing，?Wuhan，?Hubei?Province，?430074?China

Abstract：?With?the?continuous?development?of?science?and?technology，?the?drone?technology?has?gradually?become?an?important?means?of?obtaining?geographic?information，?and?the?oblique?photogrammetry?technology?has?the?advantages?of?high?accuracy?and?high?efficiency.?This?study?aims?to?explore?the?basic?principles?and?key?technologies?of?drone?oblique?photogrammetry，?as?well?as?its?application?in?rural?real?estate?surveying?and?mapping.?It?provides?a?detailed?exploration?of?technical?processes?such?as?image?control?point?layout，?indoor?data?collection，?real?model?construction?and?outdoor?supplementary?surveying.?Output?results?demonstrate?the?effectiveness?of?this?method，?which?can?provide?a?scientific?and?effective?basis?for?rural?cadastral?survey，?property?right?registration?and?land?planning.

Key?Words：?UAV?oblique?photography?technology;?Rural?real?estate;?Image?matching;?Aerial?photography?planning

隨著城市化進(jìn)程的加快，農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪需求日益增長(zhǎng)，傳統(tǒng)測(cè)繪方法已經(jīng)無(wú)法滿足大規(guī)模、快速測(cè)量的需求[1]。而無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的出現(xiàn)，為農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪工作提供了新的解決方案。該技術(shù)利用無(wú)人機(jī)搭載傳感器和攝影鏡頭，從多個(gè)角度獲取高分辨率的影像數(shù)據(jù)，能夠快速、準(zhǔn)確地獲取農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)的地理位置、形狀、面積、層數(shù)等信息。近年來(lái)，國(guó)家出臺(tái)了一系列政策，鼓勵(lì)將無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用于地籍測(cè)繪、土地調(diào)查等領(lǐng)域。同時(shí)，隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和土地制度的改革，農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)的權(quán)屬問(wèn)題越來(lái)越受到關(guān)注[2]。因此，研究無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪中的應(yīng)用，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和政策背景。

1?農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪技術(shù)

農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)籍測(cè)量是農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)登記的前期基礎(chǔ)，隨著現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)的不斷升級(jí)發(fā)展，越來(lái)越多的高精度儀器設(shè)備投入到測(cè)繪工作領(lǐng)域，如GPS、RS、GIS、激光雷達(dá)、無(wú)人機(jī)等。選擇科學(xué)合理的測(cè)繪技術(shù)不僅可以滿足不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍測(cè)繪精度要求，還可以提高不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查工作效率，切實(shí)保護(hù)農(nóng)戶合法利益。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)用于不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍測(cè)量的方法主要包括全野外數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)、GPS-RTK測(cè)繪技術(shù)、航空攝影測(cè)量、三維激光掃描測(cè)量和無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量這5種。

隨著科技水平的不斷提高，測(cè)繪技術(shù)也不斷更新發(fā)展，越來(lái)越多的測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪工作。不同的測(cè)繪技術(shù)都有本身優(yōu)缺點(diǎn)，但也有一些共性，如高效率和高精度是相對(duì)傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)的共同優(yōu)勢(shì)?？傮w來(lái)講，近年來(lái)新出現(xiàn)的無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量還具有全方位數(shù)據(jù)采集、成本低和靈活多變優(yōu)勢(shì)，在測(cè)繪領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛應(yīng)用[3]。

2?無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量基本原理和技術(shù)

2.1?無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量基本原理

利用無(wú)人機(jī)作為搭載攝影平臺(tái)，安置多個(gè)傳感裝置和攝影鏡頭，對(duì)測(cè)繪對(duì)象進(jìn)行全方位、多角度的拍攝從而獲取目標(biāo)信息，通過(guò)無(wú)人機(jī)搭載的高分辨率相機(jī)進(jìn)行外業(yè)航拍收集影像數(shù)據(jù)[4]。傾斜攝影測(cè)量從正向和前后左右五個(gè)方面進(jìn)行拍攝，可以獲得清晰直觀、高分辨率的影像資料。獲得的正射、傾斜相片重疊起來(lái)合成最終影像（如圖1所示）。

傳統(tǒng)的無(wú)人機(jī)航拍攝影測(cè)量通常只能獲取正射影像數(shù)據(jù)，而無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量可以由一架無(wú)人機(jī)搭載多個(gè)傳感器進(jìn)行多角度拍攝。無(wú)人機(jī)裝備了滿足特定監(jiān)管和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，這套裝置由全球定位系統(tǒng)接收器和具有高精度要求的慣性測(cè)量單元（Inertial?Measurement?Unit，?IMU）組成。航空攝影階段該裝置能自動(dòng)記錄無(wú)人機(jī)的飛行高度，將這些數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)，讀取每張照片的曝光時(shí)間，并分析每張照片的外方位元素。通過(guò)多角度采集信息可以綜合獲取地形信息，為構(gòu)建三維模型提供全面的數(shù)據(jù)。在三維重建過(guò)程中能夠根據(jù)圖像信息來(lái)計(jì)算和分析地形特征的幾何關(guān)系和紋理特征。

2.2?空三加密

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量中空三精度對(duì)成果質(zhì)量起到?jīng)Q定作用，關(guān)鍵是利用空三加密技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理。如圖2所示為空三加密流程，對(duì)獲得的原始數(shù)據(jù)化進(jìn)行處理，空中連城三角網(wǎng)處理應(yīng)該選用合適方法，將結(jié)果傳輸至野外像控點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高精度位置與姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)（Position?and?Orientation?System，?POS）數(shù)據(jù)的有效傳輸，通過(guò)平差處理得到外方位元素并確定三維坐標(biāo)。

3?應(yīng)用技術(shù)流程

3.1平臺(tái)選擇與參數(shù)設(shè)計(jì)

以滿足農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)測(cè)量需求為目標(biāo)選擇適合的無(wú)人機(jī)平臺(tái)，保障其具有良好穩(wěn)定性、負(fù)載能力、測(cè)量精度和數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。為了獲得高精度的測(cè)量數(shù)據(jù)，需要對(duì)無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的精度與相片質(zhì)量進(jìn)行分析和評(píng)估。其中需要考慮相片重疊度、相片傾角、相片旋角、航線彎曲度、攝區(qū)有無(wú)漏洞、影像地面分辨率等方面，這些數(shù)據(jù)是無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量成果最重要的指標(biāo)與質(zhì)檢內(nèi)容。質(zhì)檢方法可以通過(guò)比較測(cè)量數(shù)據(jù)和已知數(shù)據(jù)，或者通過(guò)其他測(cè)量方法來(lái)驗(yàn)證測(cè)量精度[5]。如果發(fā)現(xiàn)精度不足，需要對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以提高測(cè)量精度。

如某項(xiàng)目選用紅鵬六軸AC1200無(wú)人機(jī)，為確保后期建模質(zhì)量和數(shù)據(jù)精確性要求，設(shè)計(jì)的影像航向重疊度為60%～80%，旁向重疊度為15%～60%，以5%作為分界區(qū)間，設(shè)定的無(wú)人機(jī)飛行速度依次為40.187?m/s、35.859?m/s、30.416?m/s、23.925?m/s、18.512m/s，航線間距依次為146.032?m、126.102?m、122.772?m、108.588?m、90.367?m、74.114?m。

3.2像控點(diǎn)布設(shè)

當(dāng)前無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量像控點(diǎn)布設(shè)并沒(méi)有完全統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，像控點(diǎn)分布盡量均勻，且不宜呈近似直線，結(jié)合測(cè)區(qū)實(shí)際情況選取像控點(diǎn)個(gè)數(shù)。通常都是根據(jù)測(cè)區(qū)地形條件選擇合適的布設(shè)方案。第一，通常利用攝像采集目標(biāo)圖像自動(dòng)建立目標(biāo)模型，以地心坐標(biāo)系為基礎(chǔ)獲取地形網(wǎng)格，形成空間位置分布集，在此基礎(chǔ)上調(diào)整參數(shù)進(jìn)行畸變校正預(yù)處理。第二，自動(dòng)布設(shè)像控點(diǎn)，將第一步完成的圖像信息導(dǎo)入軟件中建立金字塔形象，根據(jù)二維激光雷達(dá)校驗(yàn)參數(shù)生成航帶影像縮略圖，激活相應(yīng)的航帶ID號(hào)，得到無(wú)人機(jī)的傾斜攝影測(cè)量網(wǎng)形。通過(guò)自由網(wǎng)平差計(jì)算出同名點(diǎn)之間的相對(duì)位置關(guān)系，完成測(cè)量像控點(diǎn)之間的距離調(diào)整，得到初始的像控點(diǎn)分布圖像。第三，將以上獲得像控點(diǎn)導(dǎo)入到刺點(diǎn)范圍自動(dòng)匹配程序，對(duì)像控點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行反復(fù)計(jì)算，選擇與圖像中心最接近圖像作為刺點(diǎn)圖像勾勒出刺點(diǎn)范圍，完成像控點(diǎn)布設(shè)的精度控制。

像控點(diǎn)野外測(cè)量平面控制點(diǎn)與平高控制點(diǎn)相對(duì)基礎(chǔ)控制點(diǎn)的平面位置中誤差不應(yīng)超過(guò)地物地面點(diǎn)平面位置中誤差的1/5，高程中誤差和平高控制點(diǎn)相對(duì)鄰近基礎(chǔ)控制點(diǎn)的高程中誤差不應(yīng)超過(guò)基本基本等高距的1/10。

3.3內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集是一項(xiàng)重要的任務(wù)，由于環(huán)境因素的影響，采集的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行質(zhì)量檢查，以確保其達(dá)到規(guī)范要求，否則需要重新進(jìn)行飛行采集。在進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集時(shí)，需要以像控點(diǎn)為單位，通過(guò)全站儀和RTK等設(shè)備對(duì)像控點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行精度檢查和評(píng)定。這一步是至關(guān)重要的，因?yàn)橄窨攸c(diǎn)數(shù)據(jù)的精度直接影響到整個(gè)測(cè)區(qū)的測(cè)量精度。完成像控點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集和處理后需要結(jié)合相片POS信息、相機(jī)參數(shù)應(yīng)用相關(guān)低空攝影測(cè)量空三加密軟件進(jìn)行聯(lián)合平差，平差后需要對(duì)空三加密的精度進(jìn)行評(píng)定，其內(nèi)業(yè)加密精度應(yīng)滿足行業(yè)相應(yīng)規(guī)范要求，以滿足內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集精度要求。評(píng)估測(cè)區(qū)平面坐標(biāo)是否超出誤差范圍，同時(shí)消除不同觀測(cè)值之間的誤差，從而提高整個(gè)測(cè)區(qū)的測(cè)量精度。最后通過(guò)野外現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的方式，對(duì)測(cè)區(qū)平面坐標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，檢查其是否超出了誤差范圍。如果平面坐標(biāo)超出了誤差范圍，就需要重新進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，以確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

3.4實(shí)景模型構(gòu)建

在進(jìn)行空中三角測(cè)量結(jié)算時(shí)，可以先從相片POS數(shù)據(jù)中獲取外方位元素作為初始值，再通過(guò)多視影像特征匹配提取影像航向與旁向間連接點(diǎn)，在建模軟件中選擇合適的算法，自動(dòng)匹配同名點(diǎn)，并利用這些特征點(diǎn)構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)（Triangulated?Irregular?Network，?TIN）?；蛘呖梢蕴崛?nèi)業(yè)采集完成的數(shù)字線劃圖（Digital?Line?Graphic，?DLG）數(shù)據(jù)中的地面要素矢量文件及地形地貌要素，如溝渠、河流、湖泊池塘、道路、田埂、等高線、地面高程點(diǎn)等信息參與特征點(diǎn)線構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)，完成白模的構(gòu)建后，將攝影時(shí)采集的紋理數(shù)據(jù)映射到模型上，最終獲得測(cè)區(qū)的三維實(shí)景模型。

3.5 外業(yè)補(bǔ)測(cè)

在無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的過(guò)程中，可能因高大建筑物的遮擋，部分地物的影像數(shù)據(jù)無(wú)法被采集到，導(dǎo)致了模型成果中出現(xiàn)了蠟融現(xiàn)象，即部分地物的位置信息和屬性信息不準(zhǔn)確。為了解決這個(gè)問(wèn)題，需要結(jié)合外業(yè)補(bǔ)測(cè)與調(diào)繪的方法來(lái)獲取這些被遮擋地物的準(zhǔn)確位置信息和屬性信息。通過(guò)外業(yè)補(bǔ)測(cè)可以對(duì)無(wú)法采集到影像數(shù)據(jù)的地區(qū)進(jìn)行實(shí)地測(cè)量，獲取其準(zhǔn)確的地理位置和地物特征，保證測(cè)量產(chǎn)品的完整性。而調(diào)繪則是對(duì)已有影像數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)和修正的過(guò)程，通過(guò)對(duì)比實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)，可以對(duì)模型成果中的蠟融現(xiàn)象進(jìn)行修復(fù)，提高模型的整體質(zhì)量和精度[6]。

3.6?成果輸出

為了完善農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪成果，采取外業(yè)補(bǔ)測(cè)作為補(bǔ)充手段。通過(guò)內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)的整合與編輯確保測(cè)繪成果的完整和精度。將三維測(cè)圖成果DLG與實(shí)際測(cè)量的圖像進(jìn)行疊加，比較兩種方法獲取的成果圖擬合度情況，對(duì)一些特殊房屋擬合程度還有待提高，可以采取補(bǔ)測(cè)和返工的方法進(jìn)行完善修飾。最后按照需求輸出農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪成果圖、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)告。

4?結(jié)語(yǔ)

綜上所述，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景，其關(guān)鍵技術(shù)包括航攝規(guī)劃、影像匹配、空三加密等。應(yīng)用中需注意像控點(diǎn)布設(shè)、實(shí)景模型構(gòu)建和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。在未來(lái)的研究中，可以進(jìn)一步探討如何提高這些關(guān)鍵技術(shù)的精度和穩(wěn)定性，以更好地服務(wù)于農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍測(cè)量工作。

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