陳生標(biāo)，方 針

（江西省地質(zhì)局902大隊(duì)，江西 新余 338000）

0 引言

為實(shí)現(xiàn)農(nóng)村規(guī)劃科學(xué)化，加快新農(nóng)村建設(shè)，國(guó)家在農(nóng)村各地區(qū)全面開(kāi)展房地一體測(cè)量項(xiàng)目。農(nóng)村房地一體測(cè)量項(xiàng)目是保障農(nóng)民權(quán)益的一項(xiàng)利好政策，是對(duì)農(nóng)村家庭和農(nóng)村房屋的綜合研究。但是，傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)具有工作量大、效率低、周期長(zhǎng)、成本高的缺點(diǎn)，在農(nóng)村房地一體測(cè)量項(xiàng)目方面難以保證測(cè)量任務(wù)的順利進(jìn)行。因此，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)因其較高的靈活性、時(shí)效性高、成本低、分辨率高等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在農(nóng)村房地一體測(cè)量項(xiàng)目中的應(yīng)用較為廣泛。

1 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)概述

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是一種新興的測(cè)量技術(shù)，其主要通過(guò)無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)為主要載體，利用多臺(tái)傳感器實(shí)現(xiàn)攝影測(cè)量，能夠?qū)μ囟o(wú)盡進(jìn)行傾斜、垂直等多角度影像采集，進(jìn)而獲取高精準(zhǔn)度的物體信息。

1.1 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的技術(shù)流程

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的作業(yè)流程主要包含：準(zhǔn)備工作→航攝規(guī)劃設(shè)計(jì)→布設(shè)像控點(diǎn)→航空攝影采集→傾斜攝影三維模型構(gòu)建→要素采集→外業(yè)調(diào)繪→精度檢查→資料整理提交等。

1.2 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)

①影像匹配技術(shù)。通常使用傾斜相機(jī)拍攝獲取的影像在自動(dòng)匹配過(guò)程中會(huì)存在一些問(wèn)題。a.由于傾角過(guò)大而導(dǎo)致的影像嚴(yán)重變形的問(wèn)題；b.建筑物之間相互遮擋的問(wèn)題；c.建筑物紋理獲取較多而重復(fù)的問(wèn)題；②相機(jī)校驗(yàn)。非量測(cè)相機(jī)的畸變較大，不能直接使用，在此之前有必要對(duì)其進(jìn)行校驗(yàn)，通過(guò)校驗(yàn)來(lái)獲取相機(jī)的畸變參數(shù)和內(nèi)方元素；③空中三角測(cè)量?？罩腥菧y(cè)量的目的是獲取未知點(diǎn)的坐標(biāo)，要實(shí)現(xiàn)該目的，需要借助少量控制點(diǎn)的兩方面，一方面是像方，另一方面是物方。

1.3 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

①多功能測(cè)量。無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)可以在基本影像數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)特定物體的坡度、高度、角度和程度進(jìn)行綜合性測(cè)量，而這一技術(shù)優(yōu)勢(shì)也決定了技術(shù)本身的地位和適應(yīng)范圍，這也是決定其應(yīng)用范圍廣闊的主要原因；②彌補(bǔ)正射影像缺陷。無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)更多角度的影像測(cè)量，最終所獲取的影像數(shù)據(jù)能夠真實(shí)反映物體的具體情況，從而有效彌補(bǔ)了正射影像的不足之處；③降低建模成本。依據(jù)測(cè)量測(cè)繪數(shù)據(jù)構(gòu)建三維模型是航道測(cè)繪的主要工作環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的建模環(huán)節(jié)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且整體成本較高，效率較低。而無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用則可以與航空攝影相互結(jié)合，通過(guò)批量提取紋理的方式來(lái)構(gòu)建三維模型，建模成本大幅降低，建模效率大限度提升。

2 實(shí)際農(nóng)村房地一體項(xiàng)目中傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用情況

農(nóng)村房地一體測(cè)量項(xiàng)目的內(nèi)容包括測(cè)量宅基地界址點(diǎn)、農(nóng)村房屋房角點(diǎn)和繪制地籍調(diào)查底圖。其技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 無(wú)人機(jī)傾斜攝影的農(nóng)村房地一體測(cè)量技術(shù)

2.1 某農(nóng)村房地一體項(xiàng)目概況

某農(nóng)村需要進(jìn)行房地一體不動(dòng)產(chǎn)確權(quán)登記，確權(quán)區(qū)域以丘陵地貌為主，測(cè)量面積約為3.5km2，地勢(shì)高差25~35m之間，無(wú)機(jī)場(chǎng)及軍事基地，測(cè)量當(dāng)日天氣晴朗、風(fēng)力小于3級(jí)，可以用無(wú)人機(jī)進(jìn)行航飛測(cè)量。

2.2 外業(yè)飛行方案設(shè)計(jì)

開(kāi)展無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量前，應(yīng)做相關(guān)的準(zhǔn)備工作并進(jìn)行外業(yè)飛行方案設(shè)計(jì)。利用已收集有成果資料，根據(jù)項(xiàng)目情況進(jìn)行外業(yè)飛行方案設(shè)計(jì)，包括航線、航速、航高、相機(jī)參數(shù)等內(nèi)容。

2.3 飛行系統(tǒng)的選擇

本項(xiàng)目農(nóng)村由于位置分散、面積較小、測(cè)量范圍廣，在進(jìn)行房地一體測(cè)量時(shí)不能選擇大面積傾斜攝影測(cè)量飛行系統(tǒng)。因此，輕小型旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)和單鏡頭飛行具有以下優(yōu)點(diǎn)：①無(wú)人機(jī)體積小，攜帶方便；②無(wú)人機(jī)飛行系統(tǒng)價(jià)格便宜，飛行安全系數(shù)高，更適合低空攝影測(cè)量；③單鏡頭云臺(tái)系統(tǒng)比五鏡頭平臺(tái)系統(tǒng)更靈活，云臺(tái)角度可根據(jù)建筑物高度自由設(shè)置；④單機(jī)作業(yè)面積0.5km2，可滿足本項(xiàng)目房地一體測(cè)量的施測(cè)范圍要求。

2.4 傾斜攝影三維建模

2.4.1 航線像控選點(diǎn)測(cè)量

航線像控點(diǎn)的選擇直接關(guān)系模型坐標(biāo)精度的大小，根據(jù)航空攝影測(cè)量中關(guān)于像控點(diǎn)的選擇和精度的要求和規(guī)范。選擇相控點(diǎn)時(shí)要選擇一旁有明確標(biāo)志性建筑物的、在相片中能夠清晰地看到選擇的標(biāo)志性物體，在沒(méi)有標(biāo)志性物體時(shí)應(yīng)自己用顏色區(qū)分明顯的油漆噴涂相控標(biāo)志物，且標(biāo)志圖像邊長(zhǎng)大小不小于30cm。依據(jù)確定的航拍區(qū)域，在航路規(guī)劃軟件中調(diào)整航拍區(qū)域邊界，輸入設(shè)計(jì)參數(shù)，根據(jù)布局生成無(wú)人機(jī)航飛路線。

2.4.2 傾斜影像數(shù)據(jù)獲取

根據(jù)三維模型的精度需求，選擇合適的測(cè)量設(shè)備和儀器進(jìn)行攝影測(cè)量，在獲取影像時(shí)要注意天氣的變化和高度的要求?？梢圆捎玫臄z影儀器有TOPDC-5、MIDAS、魚(yú)鷹傾斜相機(jī)等多角度拍攝相機(jī)。飛機(jī)可以選擇多旋翼和固定翼。數(shù)據(jù)采集方法可以使用平面及立體視窗，不需要操作員佩戴三維眼鏡，地形勘測(cè)的操作員可以快速應(yīng)用，與傳統(tǒng)的地籍分析方法相比，無(wú)人機(jī)傾斜航量的效率大大提高。

2.4.3 傾斜影像數(shù)據(jù)預(yù)處理

傾斜攝影測(cè)量采集到數(shù)據(jù)后不能直接用于三維建模生產(chǎn)，要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，處理的主要內(nèi)容包括照片的篩選、影像去畸變、照片文件夾整理、PSO數(shù)據(jù)信息篩選、相控坐標(biāo)數(shù)據(jù)檢查和相機(jī)參數(shù)預(yù)查等。

2.4.4 內(nèi)業(yè)空三加密對(duì)采集到的航測(cè)影像數(shù)據(jù)和像控點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)系，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行空中三角測(cè)算加密工作生產(chǎn)出模型的點(diǎn)云和結(jié)構(gòu)。

2.4.5 實(shí)景三維模型處理

首先，把傾斜影像和POS信息數(shù)據(jù)集成到影像參數(shù)文件中，相機(jī)信息數(shù)據(jù)被分類(lèi)到相機(jī)參數(shù)文件中。其次，在實(shí)景三維模型處理軟件系統(tǒng)中，建立了工作流，對(duì)三個(gè)空連接點(diǎn)進(jìn)行匹配，并通過(guò)人工干預(yù)的方式對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行修正。最后，對(duì)傾斜實(shí)景三維模型進(jìn)行處理。

2.4.6 實(shí)景三維模型優(yōu)化

對(duì)建成的三維模型成果存在的問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化，如結(jié)構(gòu)變形校正、漂浮物刪除、水面破洞修補(bǔ)、紋理失真等問(wèn)題。優(yōu)化的軟件有DP-modole、3dmax、Geomagic等軟件。

2.5 精度分析

2.5.1 數(shù)據(jù)分析

為確認(rèn)三維模型采集的數(shù)據(jù)是否符合農(nóng)村房地一體測(cè)量規(guī)范的精度，在實(shí)驗(yàn)2區(qū)選擇了13個(gè)房角點(diǎn)作為實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)分布的宅基地分界點(diǎn)。使用RTK測(cè)量這13個(gè)檢查點(diǎn)的坐標(biāo)。為了避免意外誤差對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不利影響，以實(shí)測(cè)坐標(biāo)值為真值，每個(gè)檢查點(diǎn)采集10次數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)據(jù)計(jì)算每個(gè)檢查點(diǎn)點(diǎn)中誤差，其精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

表1 檢查點(diǎn)點(diǎn)位中誤差

2.5.2 精度評(píng)價(jià)

利用建成的三維模型數(shù)據(jù)和真實(shí)的地理位置坐標(biāo)信息進(jìn)行比對(duì)。得出三維模型和真實(shí)地理位置的差距根據(jù)測(cè)量精度要求進(jìn)行評(píng)判，模型是否能用于測(cè)圖和生產(chǎn)要求。農(nóng)村房地一體測(cè)量可分為三類(lèi)：①宅基地內(nèi)的房角點(diǎn)，繪制宅基地內(nèi)房屋的位置圖；②測(cè)量邊界點(diǎn)，用于繪制宅基地邊界線和地塊，精度要求最高；③地物要素，如河流、道路或其他要素。根據(jù)《地籍調(diào)查規(guī)程（TD/T1001—2012）》及相關(guān)要求，邊界點(diǎn)的精度分為三個(gè)等級(jí)，其中二級(jí)要求限差優(yōu)于±0.20，中誤差優(yōu)于±0.10，因此測(cè)量精度需要達(dá)到地籍測(cè)量二級(jí)的要求。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)具有成本低、靈活性強(qiáng)、效率高、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，不僅縮減了農(nóng)村房地一體項(xiàng)目的測(cè)繪工期，而且有效節(jié)約人力成本，滿足項(xiàng)目測(cè)量需求。隨著無(wú)人機(jī)軟硬件的不斷改造和升級(jí)，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在農(nóng)村房地一體項(xiàng)目中將得到廣泛應(yīng)用。