无人机高精度倾斜摄影技术在地籍测量工作中的可用性探讨

朱国强

（天津腾云智航科技有限公司，天津 300300）

1 引言

地籍测量是土地管理工作的重要基础，主要是精确测出各类土地的位置与大小、境界、权属界址点的坐标与宗地面积及地籍图，为土地管理工作和国民经济建设提供支持[1]。传统的地籍测量工作，都是依靠大量的人工去实地测量，这样虽然能够保证地籍测量工作的精度需求，但是工作效率低，测量周期过长，使得地籍测量工作成本过高[2-3]。

近年来，随着无人机技术的快速发展，无人机测绘已成为一种新趋势，已在大量的测绘工作开展中得已应用[4]。但是，无人机在地籍测量工作中应用少之又少，究其原因如下：①地籍测量对于界址点等平面中误差的精度要求在5 cm以内，目前很多无人机技术还无法满足这一精度水平；②基于无人机传统航空摄影的手段，只能从垂直角度获取地物信息，以形成正射影像，无法获取较为完整的地物侧面信息[5]，进而使得地籍测量外业调绘工作很多，工作效率较传统地籍测量方法并没有提高。因此，目前无人机正射影像在地籍测量工作中更多是扮演一个“辅助者”的角色[6]。

倾斜摄影技术是测绘领域近年来发展起来的一项高新技术[7-13]。随着无人机倾斜摄影技术和高精度GNSS技术的结合与发展，无人机高精度倾斜摄影技术得以实现，这一技术解决了地籍测量工作面临的“瓶颈”问题，使得无人机测绘新技术在地籍测量工作中大展身手成为了可能[14-15]。

2 无人机高精度倾斜摄影技术系统

无人机高精度倾斜摄影系统主要包括：无人机飞行平台、倾斜摄影相机、PPK后差分系统和数据处理系统等。

2.1 无人机飞行平台

本文数据采集无人机平台采用专业级六旋翼飞行器，重量轻、升力大、荷载能力强，采用免工具快拆结构，支持手动精准控制及航线自主飞行，航时长，抗风性好，并具备一定的雨中作业能力，广泛应用于险情侦测、技术侦查、边境巡查、搜救搜捕、路面监测、地理测绘、电力巡检、森林防火、抗震救灾等领域。

2.2 倾斜摄影相机

倾斜摄影相机采用成熟可靠的工业化设计和制造工艺，机身采用工业级ABS材料，高度模块化的机身组件，设计装配多台传感器；实现高分辨率、宽区域覆盖的立体影像数据获取；能适应多种飞行平台和大多数自然天气环境。

2.3 PPK后差分系统

航测无人机定制化GNSS接收机，三星多频高精度测量板卡，输出频率1～20 Hz可调。通过差分后处理解算，得到厘米级POS定位精度，辅助空三解算，可有效提高效率。

2.4 数据处理系统

倾斜摄影三维自动建模软件DP-Smart是一套基于从空地多源序列影像，全自动生成高分辨率三维模型的自动化建模软件。该软件基于摄影测量、计算机视觉及计算几何算法，支持全自动空三解算、密集点云生成、构建TIN网、自动纹理映射等步骤，实现三维模型的快速生成。

3 无人机高精度倾斜摄影技术路线

无人机高精度倾斜摄影技术路线主要包括数据获取、像控点布设与采集、数据处理与数据成果精度验证等，无人机高精度倾斜摄影技术路线如图1所示。

4 地籍测量可用性探讨案例

4.1 探讨案例一

该案例实际为甘肃省兰州市榆中县某村镇项目。为了保证数据的效果和精度，航飞时，将航向重叠度设为80%，旁向重叠度设为65%，地面影像分辨率优于2 cm，航飞面积为0.25 km2。

为了保证数据精度和验证最终数据成果精度满足地籍测量精度要求，在测区内均匀布设4个像控点和6个检查点，具体分布如图2所示。

图1 无人机高精度倾斜摄影技术路线图

图2 测区像控点分布（1，2，3，4为控制点，其余为检查点）

通过PPK后差分解算获取高精度后差分GNSS数据，从而得到空中影像曝光点的高精度POS信息。利用DP-Smart倾斜摄影自动建模软件对高精度数据进行空三加密解算、三维重建，进而得到高精度真三维场景数据。生成的真三维场景数据如图3所示。

图3 生成的真三维场景数据

从真三维模型上提取相应检查点坐标值与实际外业采集坐标值进行对比分析，检查点误差对比统计如表1所示。从表1可以看出每个检查点的精度都很好，整体的平面中误差为4 cm，精度优于地籍测量对界址点等平面位置中误差小于等于5 cm的测量精度要求，可满足地籍测量工作的要求。

4.2 探讨案例二

该案例是在广东省某市城区设计的一个补充案例。测区面积为0.1 km2，航飞获取地面影像分辨率为1.5 cm，测区内共布设检查点36个，具体分布如图4所示。

表1 检查点误差对比统计表

图4 测区检查点分布图

数据获取后，通过PPK后差分解算获取高精度后差分GNSS数据，从而得到空中影像曝光点的高精度POS信息。利用DP-Smart进行空三解算及自动化建模后，在模型上量测检查点坐标信息，与外业实际采集检查点坐标值进行偏差对比。通过检查点的中误差，判断模型精度是否能满足地籍测量精度要求（平面位置中误差5 cm）。检查点误差对比统计如表2所示。从表2可以看出，测区检查点的整体平面中误差为2.8 cm，精度完全满足地籍测量对界址点等平面中误差小于等于5 cm的精度要求。

5 结论

通过探讨案例数据，验证表明无人机高精度倾斜摄影技术获取数据成果精度高，可以满足地籍测量对界址点等平面中误差小于等于5 cm的精度要求。随着无人机倾斜摄影技术的不断发展和提高，其获取数据的能力和精度必将不断提升，无人机倾斜摄影技术与高精度GNSS技术的结合，也可大量减少外业像控布设和外业调绘的工作量。无人机高精度倾斜摄影技术将会彻底改变地籍测量工作的作业方式，在地籍测量工作中应用前景广阔。

表2 检查点误差对比统计表