消费级无人机技术在地籍测绘中的应用研究

消费级无人机技术在地籍测绘中的应用研究

葛华芬

苏州高新区测绘事务所有限公司 江苏苏州 215000

摘要:基于提高地籍测绘效率的目的，本文探讨了基于无人机倾斜摄影测量的地籍测绘技术流程，结合实例验证了利用无人机倾斜摄影三维模型提取界址数据的可行性，并作出了精度分析。实验表明利用无人机倾斜摄影技术可以满足1:500地籍测绘所需精度，且显著提高地籍测绘的效率，有利于推动无人机倾斜摄影技术在地籍测绘领域的应用。

关键词:地籍测量;倾斜摄影;无人机;三维建模

1引言

地籍测绘包括土地权属调查和地籍测量，是一项获取土地及其附属物(不动产)的精确位置、形状、面积、数量等信息，并确定其权属关系和利用状况的测绘工作。传统的地籍测绘主要采用全站仪加GPS-RTK的方式进行全野外测量［1］，RTK技术可以快速地进行图根测量，全站仪可以弥补RTK在受遮挡区域无法准确获取界址点坐标的缺陷。虽然该方法能够保障地籍测量的精度需求，但投入人力物力较大，周期较长，很难满足城镇高速发展对地籍测量成果快速更新的新需求。基于遥感影像的地籍测量方法能快速获取大范围的地面遥感影像并通过影像解译获取地籍成果资料，但是成果精度很大程度上取决于影像分辨率、影像几何纠正的精度和解译的精度。基于激光扫描的方法也被用于地籍测量，采用地面激光扫描仪和车载激光扫描系统采集数据，扫描效率和采集精度均较高，但是均难以同时获取构筑物侧面和顶部数据，不利于不动产权属调查与测量工作。近年来，无人机倾斜摄影测量技术迅速发展，只需要少量的人工干预即可快速获取真实、直观的实景三维模型。利用该技术实现实景三维建模，辅助实施各项测绘工作成为一种新趋势。将无人机倾斜摄影技术应用到城镇地籍测绘中，将大幅降低外业工作量，缩短外业工期，降低成本消耗。本文以某地区地籍测绘项目为依托，结合地籍测绘的发展现状提出了一套基于无人机倾斜摄影技术的高效率、高精度的地籍测绘方案，弥补了传统测量方案的不足。

2无人机倾斜摄影数据采集与处理

地籍测绘的关键是确定界址点的位置，通过界址点确定宗地的边界和面积。将倾斜摄影技术应用到地籍测绘领域，关键技术是通过航飞采集高精度影像并进行实景三维建模，地籍测量成果数据的精度取决于实景三维模型的精度。

2.1外业数据采集

(1)无人机航高设定

倾斜摄影通常用多镜头配合惯导系统获取高精度的初始位置和姿态信息，倾斜相机的性能指标主要包括成像能力、曝光功能、续航时间、POS(定位定向系统，PositionandOrientationSystem)记录功能等，在不同的实际应用中对各方面指标都有不同要求。在无人机航测标准中，要求航测相机像素不低于3500万，而在倾斜摄影中影像分辨率除了与镜头像素有关外，很大程度上取决于无人机飞行的相对高度，所以可以不对单一相机的像素进行限定，而对一次曝光获取的影像像素数进行控制。

(2)航线设计

无人机飞行的航线选择受到测区地形地貌以及天气状况的影响，同时还必须顾虑到航线的航向重叠度以及旁向重叠度，保证地面影像具有足够的重叠率，便于后期进行影像匹配并限制误差。航线规划设计一般先明确任务区域，确定航飞范围内是否有禁飞区域，利用谷歌地图等外部工具了解测区地貌，并进行合理的飞行架次划分，优化航飞方案，提升作业效率，避免撞机事故发生。航线设计一般应满足以下要求:

②航线规则清晰，航向基本朝一个方向;

②航向飞行高度相同;

③有足够的航向重叠度和旁向重叠度，确保无漏片、空洞;

④一般情况下航向与风向平行，当顺风情况下无人机地面速度高于地面站设定的飞行速度时，需判定航片重叠度是否仍然满足要求，否则应为航向添加抗风角度;

⑤对于地形高差大于1/6航高的区域进行分区。

(3)控制点布设

为了建立倾斜摄影数据与地面测量成果的联系，需要在野外布设一定数量的控制点，为后期空三加密处理提供基础数据。控制点的布设位置、布设密度、测量精度都会对倾斜摄影数据处理成果产生直接影响。在野外布设控制点时，通常在整个测区进行统一布设，将像控点布设在相邻像对或者相邻航线之间的重叠部分，情况允许时可布设在航向三片重叠与旁向重叠的中间位置。

2.2内业数据处理

外业成果主要为多个镜头的地面影像序列以及POS数据。由于镜头本身的加工装配误差以及影像间不同拍摄角度、不同拍摄时间的影响，影像之间存在光学畸变误差以及辐射差异。获取影像后需要对影像进行几何畸变和辐射畸变纠正，使影像在亮度、饱和度、色相等方面保持一致性。多视影像包含了垂直视角和倾斜视角的多种影像，其空三加密的过程通常先进行特征提取和匹配，然后基于已知控制点和POS数据，统一建立加密点坐标、影像外方位元素的误差方程进行联合平差

3应用案例

3.1测区概况

本文以某城区地籍测绘案例为例进行分析，该测区范围约5km2，测区内建筑物以高楼为主，部分区域为工业园区。用传统的GPS－ＲTK结合全站仪的测量方法进行测量效率低且耗费人力，作业任务量大，经济效益低，受到地形地势影响和市民活动、交通状况的干扰较为严重。

3.2技术路线

本项目采用无人固定翼航飞平台搭载五镜头进行倾斜影像获取，要求按1：500比例尺进行测绘，地面影像分辨率优于0.02m，单镜头采用6100万像素的全画幅相机，像控点布设采用区域网布点法，采用BentleyContextCapture(后文简称CC)软件完成自由网、相对定向、控制点量测、绝对定向及模型重建等操作，将OSGB(OpenSceneGraghBinary)模型导入清华山维EPS三维测图软件进行DLG数据采集，最后使用南方CASS9.0软件将DLG数据编辑成图。

3.3航线设计

航线设计需要确定的基本参数有重叠度、航摄比例尺、测区平均基准面、摄影机的焦距、影像的像幅大小。由基本参数计算出在基准面上的飞行高度、航线位置、航向角及航线数、曝光的时间间隔、每条航线的曝光数、总曝光数，具体参数如表1所示。因测区地势较为平坦，按照一个航摄分区进行航飞，航线设计方案根据所航摄区域楼高、要求的地面分辨率、现场周边情况综合制定。航线按照测区走向按照直线布设直到覆盖整个测区，位于测区边界的航线的侧视镜头能够获得测区的有效影像，考虑到倾斜摄影相机拍摄角度以及航高，为保证测区边缘物体的完整性，航线覆盖超出测区边界线至少200m。由于测区高楼林立，近地部分存在遮挡现象，适当提高了像片重叠度，最终布设航向重叠度、旁向重叠度均为80%，飞行高度191m，航向间距25m，旁向间距38m。

3.4像控点布设

3.5三维建模

外业获取倾斜影像后，采用CC软件进行空三处理与后续三维建模。将像控点文件、原始影像序列及POS文件导入软件后，软件自动相对定向后通过人工选点、刺点完成区域绝对定向，此步骤中特别注意人工刺点一般需要选取距离影像边缘超过80个像素的范围内且目标清晰的点位，尽量减少照片边缘畸变大带来的影响;设立了控制点标志物的定位到标志物转折处角点。

3.6 DLG制作

利用高分辨率的实景三维模型，通过人机交互的方式采集高精度的地籍要素。本文在DLG制作过程中采用“内－外－内”的模式，先利用EPS软件导入倾斜模型进行房屋及其他要素采集，对于模型有遮挡或模型拉花影响数据采集的区域进行标注，由外业进行补测，最后返回内业编辑成图。经过内业制图。

4结语

通过实例验证，利用倾斜摄影测量技术辅助地籍测绘虽然存在一定的问题，如林木密集或者建筑物复杂区域无法获取完整的建筑物面数据，弱纹理的建筑物，如墙面趋于一种颜色的建筑物，软件匹配出来的模型会出现拉花或凹凸等现象，导致无法采集真实的建筑物几何数据，但结合少量的传统测绘，完全能够满足地籍测绘的精度要求，证明倾斜摄影测量在地籍测绘中应用是可行的。

参考文献

［1］张姣，李绮．ＲTK和全站仪在地籍测量中的应用及精度分析［J］．新探索，2020(3):20－23．