消费级无人机倾斜摄影系统在农村房地一体不动产测绘中的应用

徐建国

(甘肃省测绘工程院，甘肃 兰州 730000)

农村房地一体不动产测绘属于地籍测量范畴，目前主要采用的全野外数字化测量方法效率低、劳动强度大，而且由于农村人空巢化现象严重，因锁门无法进入，导致测量人员没办法获取所需外业数据，存在很大的测绘死角。无人机航摄系统尤其是消费级无人机应用到测绘领域，以其操作简单便捷，使用成本低，灵活机动性强，智能化程度高等特点，迅速得到推广应用。本文系统阐述利用消费级无人机倾斜摄影测量方法，采用裸眼三维立体测图模式，进行农村房地一体不动产测绘项目。实践证明该技术方法使用成本低、机动灵活、成果直观精度高，在大比例尺测图尤其是农村房地一体不动产测绘项目具有极大的应用推广价值。

1 消费级无人机倾斜摄影系统简介

消费级无人机倾斜摄影系统由以下部分组成：

飞行器：大疆精灵4Pro，包括飞机、遥控器、电池组。特点是飞行智能程度高，便于操作。飞机自带蝉翼云台减震效果好，可以很好地保证影像数据质量。飞机体积小，不受起飞场地影响[1]。

地面站：包括倾斜摄影航线设计软件及掌上电脑。特点是航线设计自动化程度高，只需要在谷歌地图上圈定测绘范围，输入航高和航线旁向重叠度即可，软件自动调整正摄及倾斜相机角度，简单易学便于掌握。

空三及三维建模：采用Context Capture Master等空三建模软件，软件自动化程度高，大疆精灵4Pro相片自带POS数据，空三数据处理无需单独整理相片POS数据，极大地提高了生产效率。

裸眼三维立体采集编辑：采用清华山维EPS等软件在真三维模型上采集，不需要专门立体设备，数据采集简单直观无死角，容易掌握。

2 消费级无人机倾斜摄影系统生产应用技术流程

消费级无人机倾斜摄影系统应用于农村房地一体不动产测绘技术流程主要包括设计书编写、航飞、三维建模、权属底图制作、立体采集、编辑入库[2]。如图1所示。

图1 测绘技术流程图

本文以某地区9个乡镇20 000宗宅基地地籍测绘项目为例，论述项目实施过程，成果的精度以及项目生产效益评定。测区地处甘肃省境内，属于典型的山区，测区内居民地以街区式为主分布于山谷，极少部分居民地以散列式和分散式沿山坡分布。测区平均困难类别属于Ⅱ类。

2.1 项目前期准备工作

本项目主要关注点是房屋、围墙等地籍要素，所以结合测区居民地分布情况，主要对街区式为主分布居民地进行航飞，对部分散列式分布的居民地采取全野外数字化测量方式。根据测区居民地分布情况划分了70个航飞区域，航飞区域(部分)划分如图2。

图2 航飞区域划分图

根据项目精度要求及收集资料信息编写项目技术设计书，同时做好航飞准备工作：(1)根据测区的地物分布、交通情况及测区范围内高层建筑或较高信号塔等影响航飞安全因素，初步设计划分航飞区域及起降点；(2)根据成果精度要求及相机主距、像元大小等参数，设计航飞高度及重叠度。

2.2 像控点布设

像控点采用区域网像控点布设法，即测区四周布设平高点，内部布设一定数量的平高点或高程点，一般一个航飞区域只需要布设5～6个像控点。航飞区域像控点重点布设在区域外围拐角处，统一采用单点双测的方式布设。双测主像控点用于空三加密控制点，命名为P1，2┈，双测辅像控点用于检查点，命名为P1，2┈-1。像控点一般采用预设地标点的方法。像控点采用甘肃省卫星定位连续运行基准站网网络RTK直接获取CGCS2000成果，观测时采用辅助对中杠对中、整平，每个像控点观测2次，取平均数作为最终像控点成果；这样既便于空三加密像控点刺点同时也可以提高成图精度[3]。像控点样式如下：

图3 像控点示意图

2.3 无人机倾斜摄影

消费级无人机倾斜摄影测绘系统一般采集5个视角的影像，分别包含1个正射角度影像和4个倾斜角度影像。本项目要求1∶1000精度，地面分辨率需5 km。在Rtechgo航线规划软件中只需输入航高(60 m)及航向、旁向重叠度。其中航向重叠度一般设定为70%～80%。旁向重叠度设定为60%～70%。航线规划软件可以自动设计5个视角航线，自动调整正摄和倾斜镜头角度，5个视角航线井字型飞行。

消费级无人机倾斜摄影测绘系统设备简单轻巧，本项目共组织两个航飞组，每组3人。各组负责各自任务区的像控点布设及联测、航飞及数据处理。

2.4 实景三维建模

实景三维建模过程包括数据准备、空三加密、建模三个环节。数据准备主要是整理航飞影像数据、相机文件、POS数据以及像控点数据。常用的三维建模软件有Context Capture Master、PhotoScan、Pix4DMapper等。空三加密是实景三维建模的核心环节之一，为提高成果的位置精度水平，需要将外业采集像控点数据刺点至对应的像片，要求各个视角均选刺一定数量的像片。刺点完成后，运行空三加密，软件自动进行多视角影像密集匹配、区域网平差，确定像片之间的位置对应关系。基于原始影像数据和空三成果，经三维TIN构建、自动纹理映射等流程，生产制作实景三维模型及其派生数据，包括正射影像、数字表面模型、点云等数据。

本项目采用Context Capture Master三维建模软件，利用四台服务器组成节点网，软件自动化程度高，且空三和建模都在后台运行，设备可以24 h不间断运行，极大地提高了工作效率。

2.5 地籍要素底图制作

利用已有的第二次土地调查权属信息数据或本次外业补充调查的权属信息以三维建模派生的正摄影像为基础制作籍要素调查信息底图。包括界址点位置、个数，宗地权利人名称等。调查信息底图作为内业采集地籍要素的作业依据。

2.6 内业采集地籍要素

实景三维测图实现了真实的裸眼三维测图，相对传统立体测图更直观，硬件门槛更低，让普通笔记本就可满足测图需求，软件操作更加简单，内外业人员都可轻松采集。相对于传统测量方式，节省了80%以上的野外采集、调绘工作，缩短了成图周期，大幅度降低了生产成本。常用的二三维一体化测图软件有SV360三维智测系统、南方数码iData_3D、清华山维EPS、航天远景MapMatrix3D、泰乐TSD 3DMapper等。本项目采用清华山维EPS软件，将人员分成7个数据采集组，要求在三维模型上采集界址点、房屋及其附属设施，为提高采集精度，要求采集人员随时调整模型角度使自己视线与模型始终保持45度角。

三维采集完成后将数据转换成.DWG格式，导入CAS成图软件中进行空间数据编辑及地籍图、宗地图编辑。

2.7 数据库建设

利用专业入库软件将宗地图、地籍图及各种权籍信息入库，制作农房一体数据库。

3 项目应用精度及项目运行效率分析

3.1 应用精度分析评定

对采用消费级无人机倾斜测绘系统法完成的某地区20 000宗农村房地一体不动产测绘项目采用野外打点法及边长丈量法对产品进行平面绝对精度和相对精度检测。本项目产品不涉及高程，故未对高程精度进行评定。

平面绝对精度检测共检测界址点300个，最大误差0.06 m，最小误差0.003，中误差为±0.45 m；明显地物点1 173个，剔除18处粗差，粗差率为1.5%，最大误差0.180 m，最小误差0.009 m，中误差为±0.061 m，平面相对精度检测共检测地物边长500条，最大误差0.110 m，最小误差0.02 m，中误差为±0.07 m。各项指标均符合《城市测量规范》(CJJ/T8—2011)及《地籍调查规程》(TD/1001—2012)相关指标，界址点限差见表1。

表1 界址点限差表

3.2 应用效益分析评定

通过采用消费级无人机倾斜摄影测绘系统和传统测绘方法实施该项目，从项目投入人员、设备数量，项目实施周期等方面予以分析，具体见表2应用效应分析评定对比：

表2 应用效应分析评定对比表

4 结论

该项目证明，利用消费级无人机倾斜摄影技术进行农村房地一体不动产测绘，能够满足规范精度要求，成倍提高工作效率，降低项目生产成本。其优势主要为以下几点：

(1)作业效率高，劳动强度小。消费级无人机倾斜摄影测绘技术数据获取快捷，将80%的外业工作转换成内业工作，大幅降低外业工作量和工作强度，提高了工作效率。

(2)数据采集全面直观无死角。作业员可直接在三维作业环境下进行数据的采集和编辑，相当于把外业现场搬到室内，不需要绘制草图，场景360度旋转无死角，几乎可以做到零粗差、零漏绘，提高了产品质量。

(3)操作智能程度高，易于掌握，对技术人员要求低。消费级无人机倾斜摄影测绘技术包括航飞、空三及模型数据处理、数据采集三个环节。航飞可以做到零基础操作，地面操控软件Rtechgo智能程度高，航线设计一键搞定，不需要航测专业知识也可完成。空三及模型数据处理全自动化，人工干预很少。裸眼立体环境数据采集，不需要专门立体设备，普通电脑即可以生产。

(4)飞行硬件成本低，有利于降低生产成本。无人机是高风险行业，一旦发生炸机事件，飞行硬件成本就是我们生产单位必须考虑的因素。相对于动辄几十万甚至上百万的无人机航测系统，消费级无人机倾斜摄影测绘系统飞行硬件成本只有两万左右。远远低于其他传统无人机测绘系统的十几、几十万的飞行硬件成本。便于降低项目生产成本和飞行操控人员的操作压力。

(5)飞行机组人员少，有利于降低生产成本。动辄几十万甚至上百万的大型无人机航测系统，机组最少需要地面站一人、操控手一人、司机一人、车辆一台、测量员一人(施测像控点)。消费级无人机倾斜摄影测绘系统只需要操控手一人(地面站和操控一人就足够)、测量员一人(施测像控点)。设备运输简单，全部设备只需小背包就足够。

(6)受空域限制少，有利于提高生产效率。所有载人或无人机航测系统按照空管规定，飞行都需要申办空域(空域办理流程复杂、周期长)。否则就属于黑飞，一旦出事后果很严重。消费级无人机倾斜摄影测绘系统飞行器属于消费级轻量无人机，只有军事禁区和机场限制，其他区域不受空管限制，只要天气好随时可以飞行，便于生产。