应用无人机倾斜摄影测量的房地一体化调查研究

马翀

摘  要：农村房地一体调查是农村宅基地调查和农村房屋调查的一体化调查，该文提出基于倾斜摄影测量的调查方案，以四川省南充市干井坝村为研究背景，先在调查区域内布设像控点，然后利用RTK测量出这些像控点和具有代表性的检查点坐标。设计一种外业飞行方案，利用通过该方案获取的影像数据制作DOM和三维模型并在三维模型上采集成果数据，通过成果数据与检查点的实测数据精度分析精度是否满足要求。

关键词：倾斜摄影测量  宅基地  一体化调查  精度

中图分类号：P231                             文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）01（c）-0068-03

Abstract：The integrated investigation of rural housing and land is the integration of rural residential land survey and rural housing survey. This paper proposes an investigation scheme based on inclined photogrammetry. First， image control points are set in the survey area， and then RTK is used to measure the coordinates of these image control points and representative inspection points. A field flight scheme is designed. Dom and 3D model are made by using the image data obtained by the scheme， and the result data are collected on the 3D model. Whether the accuracy meets the requirements is analyzed through the accuracy of the result data and the measured data of the checkpoint.

Key Words： Tilt photogrammetry; Homestead; Integrated survey; Precision

农村房地一体调查是保护农民权益的一项惠民政策，是国家了解农民住房状况的重要手段，也是科学地制定新农村发展规划的重要数据来源[1]。对于农民而言，进行综合的住房和土地调查是使个人家庭财产合法化和改变其权益的有效途径。这里的房地一体化调查是对农村家庭和農村房屋的综合研究。农村宅基地调查使用每块土地作为研究单位来确定其边界点，划定边界线，查清权属，目的是弄清四至关系[2]。农村房屋调查旨在调查位置、面积、层数、权属、建筑材料和房屋使用情况的基本信息。从这里可以看出，农村房屋调查是针对农村宅基地进行更详细的调查，都涉及测量房屋的界址点。无论是农村房屋测量还是农村宅基地测量，当前的测量技术仍然使用传统的RTK和全站仪测量技术或传统的摄影测量技术。但是，这两种技术的使用具有以下缺点：（1）使用传统的RTK和全站仪测量技术对农村地区进行综合测量需要大量的现场调查工作，并且受气候条件的限制，在某些地方测量不方便。传统的测量技术具有工作量大、效率低、周期长、成本高的缺点。此外，通过传统测量获得的调查和制图结果相对独特，无法满足多种测量需求[3]。（2）虽然使用传统的摄影测量技术可以节省现场测量工作量并提高测量效率，但对硬件和数据采集人员的要求更高。由于房檐改正的问题，需要将内业的矢量化数据结果发送到外业进行调绘[4]。

近年来，无人机倾斜摄影测量技术发展迅速。它克服了传统3D建模技术的局限性，例如建模效率低、手动映射以及无法满足测量要求的3D模型精度[5]。可以获得高重叠度图像，快速创建高精度3D模型，由于改进的纹理映射算法，可以将2D纹理图像自动粘贴到3D模型的位置[6]。3D模型可以很好地反映拍摄区域中的真实信息，并可以加载3D模型和矢量化软件平台。

1  研究的基本思想和技术流程

农村房地一体测量的内容包括测量宅基地界址点、农村房屋房角点和绘制地籍调查底图。该文所研究的基本思想是先在调查区域内布设像控点，然后利用RTK测量出这些像控点和具有代表性的检查点坐标。设计一种外业飞行方案，利用通过该方案获取的影像数据制作DOM和三维模型并在三维模型上采集成果数据，通过成果数据与检查点的实测数据精度对比来验证方案的可行性。其技术路线如图1所示。

2  调查区域

该实验区域是干井坝村，位于四川南充市，该地区属于丘陵地区，面积约为2.3 km2，村中建筑物较为集中，房屋以砖房为主。

3  外业飞行方案

外业飞行方案设计包括飞行系统的选择和航线规划方案设计，飞行方案的设计直接影响影像的质量和外业飞行效率，因此合理设计外业飞行方案是将倾斜摄影测量技术应用到农村房地一体测量中的关键步骤。

3.1 飞行系统的选择

飞行系统的选择是根据拍摄区域的范围和特点来选择的，农村房地一体测量主要是一个村为单位，测量的面积比较小，其位置分布散乱且范围较广，不适合选用大面积倾斜摄影测量飞行系统。因此轻小型旋翼无人机和单镜头的飞行系统更有优势，具体如下。

（1）小型旋翼无人机飞行系统硬件设备重量较小，便于携带。

（2）单架次作业面积可达到0.5 km2，完全能够满足农村房地一体测量的施测范围需求。

（3）单镜头云台系统相对于五镜头云台系统更加灵活，云台角度可以根据测区建筑物的高度与建筑物之间的间隔自由设置。

（4）小型旋翼无人机飞行系统价格低廉，飞行安全系数较高，更加适合低空摄影测量作业。

所以该文选用轻小型旋翼无人机飞行系统作为外业飞行系统。

3.2 航摄区域的确定

航线规划方案的设计首先要确定航摄区域，该文选择区域如图2所示。

3.3 航线规划方案参数的确定

根据上述的几个数学关系及地籍测量规范的要求，并结合航摄区域的特点，该文设计一种航线规划方案，其参数如表1所示。

3.4 各架次航线的生成

根据确定的航摄区域，在航向规划软件中调整航摄区域的边界线，并且输入设计的各项参数，依架次设置主航线角度并生成航线。

4  精度分析

4.1 实验数据分析

为了验证在三维模型采集的数据成果是否满足农村地籍测量规范的精度，在实验区域二选取了17个房角点（点f1～f17），它们都是宅基地的边界点而且均匀地分布在实验区域内，利用RTK测量这17个检查点坐标（见图3）。

为了减少偶然误差对实验结果的不利影响，分别对每个检查点采集10次数据，以实测的坐标值作为真值，结合10次的量测坐标值求取每个方案的检查点点位中误差，其精度统计结果如表2所示。

4.2 精度评价

农村房地一体测量的对象可以分为3类：（1）测量界址点，以此绘制地籍要素（宅基地界址范围线和宗地），精度要求最高;（2）测量宅基地内部的房角点，以此绘制宅基地内部的房屋坐落;（3）地物要素，例如道路水渠或其他地物等。

依据地籍测量规范CH 5002-94，界址点的精度分为三级，其中二级要求限差优于±0.20，中误差优于±0.10，因此测量成果精度可达到地籍测量二级界址点的要求。

5  结语

传统测量的办法进行农村房地一体测量效率较低而且有大量的外业工作，为了提高房地一体测量的效率，结合无人机倾斜摄影测量的优势，该文提出基于无人机倾斜摄影测量的农村房地一体测量。拍摄地面分辨率为0.022 cm，航向和旁向重疊为80%和70%的无人机影像，在其建立的三维模型上解译的房地一体成果精度分别满足地籍测量规范二级要求，因此倾斜摄影测量技术可以在农村房地一体测量中推广应用。

参考文献

[1] 张远.农村房地一体确权登记关键问题的研究[D].江西理工大学，2019.

[2] 赵元务.无人机倾斜摄影测量在农村房地一体测量中的应用研究[D].西安科技大学，2018.

[3] 赵哲军，廖晓红.不动产测绘中测绘工程技术的应用分析[J].江西测绘，2019（4）：61-64.

[4] 王进国，陈永立.房地一体权籍测量中的基础控制测量问题研究[J].测绘与空间地理信息，2017，40（8）：190-192.

[5] 杨亚彬，谢思梅，谢荣安.无人机倾斜摄影测量技术在不动产更新测绘中的应用[J].测绘通报，2020（7）：108-111.

[6] 王文凯，黄昆学，李梦，等.倾斜摄影测量数据轻量化处理技术研究[J].测绘通报，2020（9）：123-126.