李堅

（新疆兵團勘測設計院（集團）有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830002）

1 概述

無人機傾斜攝影測量是近年來出現(xiàn)的一種新興測繪技術手段[1]，具有采集影像迅速、全自動三維建模、精度高、操作靈活方便、效率高、成本低等特點，已廣泛應用于測繪領域。農(nóng)村不動產(chǎn)登記項目是黨中央、國務院為規(guī)范農(nóng)村宅基地管理、促進和保護農(nóng)民合法財產(chǎn)權益[2]，連續(xù)5 年寫入中央一號文件[3]的一項基礎性惠民工程。無人機傾斜攝影測量用于農(nóng)村不動產(chǎn)登記項目，發(fā)揮無人機傾斜攝影測量的技術及成果優(yōu)勢，把農(nóng)村不動產(chǎn)登記項目海量的外業(yè)工作搬到室內(nèi)來完成，確保項目質(zhì)量，提升項目工作效率。

2 無人機傾斜攝影測量工作原理及優(yōu)點

無人機傾斜攝影測量是利用無人機作為飛行平臺，掛載傾斜攝影系統(tǒng)和POS 系統(tǒng)[4]。飛行系統(tǒng)可以控制無人機按設定的線路及航高進行飛行；傾斜攝影系統(tǒng)在無人機飛行過程中從五個方向全自動采集高清地面影像，每個曝光點成像五片，垂直地面拍攝的為正片，鏡頭朝向地面成一定夾角拍攝的影像為斜片，有前、后、左、右四片。通過設定無人機的高度及航線間隔來保證航攝影像的航向及旁向重疊度，一般不低于80%的重疊；POS 系統(tǒng)獲取無人機實時高精度的位置及姿態(tài)數(shù)據(jù)；最后通過專業(yè)軟件，對影像及相機姿態(tài)數(shù)據(jù)進行集成處理，建立高精度三維模型，滿足3D 地圖產(chǎn)品測繪需要。

無人機傾斜攝影測量的優(yōu)點，一是突破了傳統(tǒng)單相機僅從垂直角度拍攝獲取影像的局限，通過五鏡頭五個角度同步拍攝[5]，能夠獲取包括樹冠下、屋檐下等隱蔽部位影像數(shù)據(jù)；二是采用無人機作為飛行平臺，可以從低空高速獲取高分辨率地面影像；三是采取傾斜攝影方式，可以重建可量測的高精度實景三維模型；四是無人機搭載傾斜相機進行模塊化作業(yè)，操作靈活簡單，工作效率高。

3 應用案例及效果分析

3.1 工程概況

兵團第十師是新疆生產(chǎn)建設兵團下轄十四個師之一，呈零星狀分布于阿爾泰山南麓東西長430 千米、南北寬300 千米區(qū)域內(nèi)，下轄9 個團場181 個連隊。項目工作內(nèi)容包括面積為57.1 平方千米的團場、連隊居民區(qū)1：500 比例尺地籍圖測制、7555 宗宅基地的權籍調(diào)查和地籍測量、340.72 萬平方米房屋調(diào)查及測繪，以及不動產(chǎn)數(shù)據(jù)庫建設工作；項目工期為6 個月，工作量巨大，而成果精度要求高，采用常規(guī)作業(yè)方法，在工期內(nèi)無法完成。

3.2 方案設計

3.2.1 技術路線

利用無人機傾斜攝影快速獲取高清影像，利用專業(yè)軟件建立精細三維模型，利用三維模型高清、精細、可量測等特點，在模型上完成農(nóng)村宅基地權籍調(diào)查及房產(chǎn)測繪工作，把傳統(tǒng)的外業(yè)工作搬至室內(nèi)并高質(zhì)量完成，達到高質(zhì)量、高效率完成項目目標任務目的。

3.2.2 航攝設計及三維建模

根據(jù)兵團連隊居民區(qū)位置分散、數(shù)量較多、面積較小等特點，項目航攝選用兩套廣州紅鵬六旋翼無人機掛載小金牛AP3400R Pro 三維相機系統(tǒng)航攝系統(tǒng)，如圖1 所示；相機技術參數(shù)如表1 所示；該系統(tǒng)小巧、航攝精度較高，作業(yè)方式機動靈活，作業(yè)效率較高，可以很好滿足項目需要。

表1

圖1

紅鵬無人機每架次可飛行20 分鐘，完成0.2km21.5cm 分辨率影像采集，每天可以完成5 個架次的飛行，兩套航攝系統(tǒng)每天可完成2.0 平方千米的影像采集。測區(qū)全區(qū)域面積為57.1 平方千米，可在一個月內(nèi)完成航攝。影像建模采用ContextCapture Center 軟件，工作程序包括導入像控點數(shù)據(jù)、POS 數(shù)據(jù)及高清影像數(shù)據(jù)，經(jīng)過空三加密解算、區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差、多視影像匹配、DSM生成、真正射糾正、三維建模等工序，最終完成高精度三維實景模型重建[8]，三維模型產(chǎn)品如圖2，正射影像產(chǎn)品如圖3。項目內(nèi)業(yè)組配備了10 臺套建模工作站，每天可完成分辨率為5.0cm 建模面積6.0 平方千米，當天的航攝數(shù)據(jù)當天就可以完成建模工作，數(shù)據(jù)處理不滯后。

圖2 實景三維模型

圖3 正射影像圖

3.2.3 權籍調(diào)查與房產(chǎn)測繪

無人機傾斜攝影測量在農(nóng)村不動產(chǎn)登記項目中的應用優(yōu)勢，主要是能快速采集影像數(shù)據(jù)并建立三維模型，利用三維模型進行權籍調(diào)查和房產(chǎn)測繪工作，能大幅提高工作效率[9]。

權籍調(diào)查包括地籍調(diào)查和地籍測量，地籍調(diào)查包括現(xiàn)場指界、標定宗地界址、繪制宗地草圖、調(diào)查土地用途和等級、填寫地籍調(diào)查表、繪制地籍圖等；地籍測量則是測量宗地權屬界線坐標、繪制宗地圖、量算宗地面積等工作。

房產(chǎn)測繪包括房屋調(diào)查和房產(chǎn)要素測量工作。房屋調(diào)查主要對房屋建筑的層數(shù)、面積、結構、類型、實際用途等進行調(diào)查；房產(chǎn)要素測量則包括對房屋及附屬設施的外圍輪廓線測量、屬性不同房屋界線測量，以及房產(chǎn)圖繪制、房產(chǎn)面積測算等工作。

三維模型是地面地物實景電子模型，細部特征如圖4 所示，具備高清、精細和可量測特征，兵團農(nóng)村宅基地一般都以圍墻間隔，從三維模型上可以準確調(diào)查宗地的權屬界線走向及界址位置、甚至墻上噴涂的界址標志，以及房屋詳細信息。通過三維模型測量方式，本項目是利用EPS 軟件調(diào)入三維模型進行三維測圖，三維測圖精度約為三維模型精度的0.8倍[10]，產(chǎn)品如圖5 所示，精確測量得到權屬宗地界址點、房屋的角點坐標、量算出宗地及房屋的面積。三維測圖最大的特點就是只要空間地物沒有完全密閉，就可以從不同空間角度完成坐標測量工作，最有利條件是可以不進入宅基地院子，就可以完成調(diào)查及測繪工作，極大地提高了項目外業(yè)工作效率。

圖4 三維模型細部特征圖

圖5 1：500 地籍圖

3.2.4 精度分析及工作效率對比

衡量不動產(chǎn)成果的精度通常以界址點的點位誤差和房屋的面積量算精度為判斷指標，為了驗證利用三維模型測量界址點及房產(chǎn)面積的精度情況，采用全站儀配合小棱鏡對20 個均勻分布界址點坐標和10 個房屋量算面積進行了精度檢測。界址點坐標精度檢測情況如表2，房屋面積量算精度檢測情況如表3。

表2 界址點坐標檢測精度表

表3 房屋面積檢測精度表

三維模型測量界址點精度中誤差為4.2cm，最大點位誤差7.3cm，符合規(guī)范要求。

三維模型測量房屋面積誤差均在限差以內(nèi)，符合規(guī)范要求。

評價一個項目是否實施成功，除了項目成果質(zhì)量合格，同時也要考慮項目的工作效率及經(jīng)濟效益。表4 是采用三維模型作業(yè)與實地調(diào)查作業(yè)工作效率對比情況。

表4 三維模型作業(yè)法與傳統(tǒng)作業(yè)法效率對比

3.2.5 總結

項目案列采用無人機傾斜攝影測量手段，通過建立實景三維模型，把農(nóng)村不動產(chǎn)登記項目的外業(yè)調(diào)查及測繪工作等外業(yè)工作搬到室內(nèi)三維模型上來完成，驗證了權籍調(diào)查及房產(chǎn)測繪的成果精度及效率提升情況，證明項目方案在技術上是可行的。

結束語

農(nóng)村不動產(chǎn)確權登記項目是一項關系到農(nóng)村改革發(fā)展的重大基礎項目，因我國農(nóng)村區(qū)域面積大，居民點分布面廣、點多、分散，不動產(chǎn)確權登記的權籍及房屋調(diào)查及測繪工作量巨大，采用常規(guī)的技術手段作業(yè)周期長，成本較高；而無人機傾斜攝影測量作為一項新生的測繪技術手段，具有重量輕、體積小、影像精度高、滿足高精度測圖要求、作業(yè)方式機動靈活等特點優(yōu)勢，剛好滿足農(nóng)村不動產(chǎn)確權登記項目的需要，未來無人機傾斜攝影也將在農(nóng)村不動產(chǎn)確權登記工作中發(fā)揮巨大的作用。