徐小芹 程帆 周勇 許明

摘要：隨著科技的不斷發(fā)展，無人機技術逐漸成為地理信息獲取的重要手段，傾斜攝影測量技術具有高精度、高效率的優(yōu)點。研究旨在探討無人機傾斜攝影測量的基本原理和關鍵技術，以及在農(nóng)村不動產(chǎn)測繪中的應用，詳細探討了像控點布設、內業(yè)數(shù)據(jù)采集、實景模型構建、外業(yè)補測等技術流程，輸出成果證明了該方法的有效性，可以為農(nóng)村地籍調查、產(chǎn)權登記和土地規(guī)劃提供科學有效的依據(jù)。

關鍵詞：無人機傾斜攝影技術?農(nóng)村不動產(chǎn)?影像匹配?航攝規(guī)劃

中圖分類號：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

隨著城市化進程的加快，農(nóng)村不動產(chǎn)測繪需求日益增長，傳統(tǒng)測繪方法已經(jīng)無法滿足大規(guī)模、快速測量的需求[1]。而無人機傾斜攝影技術的出現(xiàn)，為農(nóng)村不動產(chǎn)測繪工作提供了新的解決方案。該技術利用無人機搭載傳感器和攝影鏡頭，從多個角度獲取高分辨率的影像數(shù)據(jù)，能夠快速、準確地獲取農(nóng)村不動產(chǎn)的地理位置、形狀、面積、層數(shù)等信息。近年來，國家出臺了一系列政策，鼓勵將無人機技術應用于地籍測繪、土地調查等領域。同時，隨著農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展和土地制度的改革，農(nóng)村不動產(chǎn)的權屬問題越來越受到關注[2]。因此，研究無人機傾斜攝影技術在農(nóng)村不動產(chǎn)測繪中的應用，具有重要的現(xiàn)實意義和政策背景。

1?農(nóng)村不動產(chǎn)測繪技術

農(nóng)村不動產(chǎn)籍測量是農(nóng)村不動產(chǎn)登記的前期基礎，隨著現(xiàn)代測繪技術的不斷升級發(fā)展，越來越多的高精度儀器設備投入到測繪工作領域，如GPS、RS、GIS、激光雷達、無人機等。選擇科學合理的測繪技術不僅可以滿足不動產(chǎn)權籍測繪精度要求，還可以提高不動產(chǎn)權籍調查工作效率，切實保護農(nóng)戶合法利益。當前，國內用于不動產(chǎn)權籍測量的方法主要包括全野外數(shù)字化測繪技術、GPS-RTK測繪技術、航空攝影測量、三維激光掃描測量和無人機傾斜攝影測量這5種。

隨著科技水平的不斷提高，測繪技術也不斷更新發(fā)展，越來越多的測繪技術應用于農(nóng)村不動產(chǎn)測繪工作。不同的測繪技術都有本身優(yōu)缺點，但也有一些共性，如高效率和高精度是相對傳統(tǒng)測繪技術的共同優(yōu)勢?？傮w來講，近年來新出現(xiàn)的無人機傾斜攝影測量還具有全方位數(shù)據(jù)采集、成本低和靈活多變優(yōu)勢，在測繪領域得到越來越廣泛應用[3]。

2?無人機傾斜攝影測量基本原理和技術

2.1?無人機傾斜攝影測量基本原理

利用無人機作為搭載攝影平臺，安置多個傳感裝置和攝影鏡頭，對測繪對象進行全方位、多角度的拍攝從而獲取目標信息，通過無人機搭載的高分辨率相機進行外業(yè)航拍收集影像數(shù)據(jù)[4]。傾斜攝影測量從正向和前后左右五個方面進行拍攝，可以獲得清晰直觀、高分辨率的影像資料。獲得的正射、傾斜相片重疊起來合成最終影像（如圖1所示）。

傳統(tǒng)的無人機航拍攝影測量通常只能獲取正射影像數(shù)據(jù)，而無人機傾斜攝影測量可以由一架無人機搭載多個傳感器進行多角度拍攝。無人機裝備了滿足特定監(jiān)管和技術標準的設備，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量單元（Inertial?Measurement?Unit，?IMU）組成。航空攝影階段該裝置能自動記錄無人機的飛行高度，將這些數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)，讀取每張照片的曝光時間，并分析每張照片的外方位元素。通過多角度采集信息可以綜合獲取地形信息，為構建三維模型提供全面的數(shù)據(jù)。在三維重建過程中能夠根據(jù)圖像信息來計算和分析地形特征的幾何關系和紋理特征。

2.2?空三加密

無人機傾斜攝影測量中空三精度對成果質量起到?jīng)Q定作用，關鍵是利用空三加密技術進行數(shù)據(jù)采集處理。如圖2所示為空三加密流程，對獲得的原始數(shù)據(jù)化進行處理，空中連城三角網(wǎng)處理應該選用合適方法，將結果傳輸至野外像控點，實現(xiàn)高精度位置與姿態(tài)測量系統(tǒng)（Position?and?Orientation?System，?POS）數(shù)據(jù)的有效傳輸，通過平差處理得到外方位元素并確定三維坐標。

3?應用技術流程

3.1平臺選擇與參數(shù)設計

以滿足農(nóng)村不動產(chǎn)測量需求為目標選擇適合的無人機平臺，保障其具有良好穩(wěn)定性、負載能力、測量精度和數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。為了獲得高精度的測量數(shù)據(jù)，需要對無人機傾斜攝影測量的精度與相片質量進行分析和評估。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)有無漏洞、影像地面分辨率等方面，這些數(shù)據(jù)是無人機傾斜攝影測量成果最重要的指標與質檢內容。質檢方法可以通過比較測量數(shù)據(jù)和已知數(shù)據(jù)，或者通過其他測量方法來驗證測量精度[5]。如果發(fā)現(xiàn)精度不足，需要對參數(shù)進行調整，以提高測量精度。

如某項目選用紅鵬六軸AC1200無人機，為確保后期建模質量和數(shù)據(jù)精確性要求，設計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，設定的無人機飛行速度依次為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像控點布設

當前無人機傾斜攝影測量像控點布設并沒有完全統(tǒng)一標準，像控點分布盡量均勻，且不宜呈近似直線，結合測區(qū)實際情況選取像控點個數(shù)。通常都是根據(jù)測區(qū)地形條件選擇合適的布設方案。第一，通常利用攝像采集目標圖像自動建立目標模型，以地心坐標系為基礎獲取地形網(wǎng)格，形成空間位置分布集，在此基礎上調整參數(shù)進行畸變校正預處理。第二，自動布設像控點，將第一步完成的圖像信息導入軟件中建立金字塔形象，根據(jù)二維激光雷達校驗參數(shù)生成航帶影像縮略圖，激活相應的航帶ID號，得到無人機的傾斜攝影測量網(wǎng)形。通過自由網(wǎng)平差計算出同名點之間的相對位置關系，完成測量像控點之間的距離調整，得到初始的像控點分布圖像。第三，將以上獲得像控點導入到刺點范圍自動匹配程序，對像控點坐標進行反復計算，選擇與圖像中心最接近圖像作為刺點圖像勾勒出刺點范圍，完成像控點布設的精度控制。

像控點野外測量平面控制點與平高控制點相對基礎控制點的平面位置中誤差不應超過地物地面點平面位置中誤差的1/5，高程中誤差和平高控制點相對鄰近基礎控制點的高程中誤差不應超過基本基本等高距的1/10。

3.3內業(yè)數(shù)據(jù)采集

內業(yè)數(shù)據(jù)采集是一項重要的任務，由于環(huán)境因素的影響，采集的數(shù)據(jù)需要進行質量檢查，以確保其達到規(guī)范要求，否則需要重新進行飛行采集。在進行內業(yè)數(shù)據(jù)采集時，需要以像控點為單位，通過全站儀和RTK等設備對像控點數(shù)據(jù)進行精度檢查和評定。這一步是至關重要的，因為像控點數(shù)據(jù)的精度直接影響到整個測區(qū)的測量精度。完成像控點數(shù)據(jù)的采集和處理后需要結合相片POS信息、相機參數(shù)應用相關低空攝影測量空三加密軟件進行聯(lián)合平差，平差后需要對空三加密的精度進行評定，其內業(yè)加密精度應滿足行業(yè)相應規(guī)范要求，以滿足內業(yè)數(shù)據(jù)采集精度要求。評估測區(qū)平面坐標是否超出誤差范圍，同時消除不同觀測值之間的誤差，從而提高整個測區(qū)的測量精度。最后通過野外現(xiàn)場監(jiān)控的方式，對測區(qū)平面坐標進行評估，檢查其是否超出了誤差范圍。如果平面坐標超出了誤差范圍，就需要重新進行數(shù)據(jù)采集和處理，以確保測量結果的準確性和可靠性。

3.4實景模型構建

在進行空中三角測量結算時，可以先從相片POS數(shù)據(jù)中獲取外方位元素作為初始值，再通過多視影像特征匹配提取影像航向與旁向間連接點，在建模軟件中選擇合適的算法，自動匹配同名點，并利用這些特征點構建不規(guī)則三角網(wǎng)（Triangulated?Irregular?Network，?TIN）。或者可以提取內業(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、地面高程點等信息參與特征點線構建不規(guī)則三角網(wǎng)，完成白模的構建后，將攝影時采集的紋理數(shù)據(jù)映射到模型上，最終獲得測區(qū)的三維實景模型。

3.5 外業(yè)補測

在無人機傾斜攝影測量的過程中，可能因高大建筑物的遮擋，部分地物的影像數(shù)據(jù)無法被采集到，導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確。為了解決這個問題，需要結合外業(yè)補測與調繪的方法來獲取這些被遮擋地物的準確位置信息和屬性信息。通過外業(yè)補測可以對無法采集到影像數(shù)據(jù)的地區(qū)進行實地測量，獲取其準確的地理位置和地物特征，保證測量產(chǎn)品的完整性。而調繪則是對已有影像數(shù)據(jù)進行校準和修正的過程，通過對比實際測量數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)，可以對模型成果中的蠟融現(xiàn)象進行修復，提高模型的整體質量和精度[6]。

3.6?成果輸出

為了完善農(nóng)村不動產(chǎn)測繪成果，采取外業(yè)補測作為補充手段。通過內部和外部數(shù)據(jù)的整合與編輯確保測繪成果的完整和精度。將三維測圖成果DLG與實際測量的圖像進行疊加，比較兩種方法獲取的成果圖擬合度情況，對一些特殊房屋擬合程度還有待提高，可以采取補測和返工的方法進行完善修飾。最后按照需求輸出農(nóng)村不動產(chǎn)測繪成果圖、數(shù)據(jù)統(tǒng)計報告。

4?結語

綜上所述，無人機傾斜攝影測量技術具有廣泛的應用前景，其關鍵技術包括航攝規(guī)劃、影像匹配、空三加密等。應用中需注意像控點布設、實景模型構建和內業(yè)數(shù)據(jù)采集等關鍵環(huán)節(jié)，確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。在未來的研究中，可以進一步探討如何提高這些關鍵技術的精度和穩(wěn)定性，以更好地服務于農(nóng)村不動產(chǎn)權籍測量工作。

參考文獻

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[3] 于凱強.基于無人機傾斜攝影技術的農(nóng)村不動產(chǎn)測量研究[D].西安：長安大學，2023.

[4] 魏軍，于洪雨，靳巧珠，等.無人機傾斜攝影技術在農(nóng)村房地一體確權登記項目中的應用研究[J].測繪與空間地理信息，2023，46（2）：60-63.

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[6] 宿文松.基于無人機傾斜攝影測量的露天礦三維建模及應用[D].邯鄲：河北工程大學，2023.