无人机倾斜摄影测量在农村不动产调查中的应用——以兰溪市农村宅基地及住房权籍调查为例

赵爱华 王少文

（富阳土地勘测规划设计有限公司，浙江 杭州 311400）

无人机倾斜摄影技术是近年来在测量领域发展最快的一种测量手段，通过无人机低空多镜头摄影，同时获取垂直方向和倾斜方向等多个不同角度的高清晰立体影像数据，自动生成三维地理信息模型、快速实现地理信息的获取。该技术具有效率高、成本低、数据精确、操作灵活、侧面信息丰富等特点，可满足测绘行业的不同需求。

虽然目前对无人机进行大比例尺地形测绘的研究较多，但多是以满足大比例尺摄影测量的技术精度要求，即1:500地形图要求为0.3 m。无人机用于地籍测绘的研究较少，考虑到为农村不动产服务，执行《地籍调查规程》（TD/T1001）标准，房屋角点坐标按二级界址点精度执行，即为7.5 cm。

如何通过无人机倾斜摄影完成农村不动产权籍调查，目前在浙江省内成功案例较少，我公司是较早从事这方面试验的单位之一。2019年我司在金华兰溪市农村不动产项目中使用无人机倾斜摄影进行大比例尺测图，测绘内外业协同工作，解决了由于天气等外因造成的工作延误，把原本大量的外业工作转变成内业工作，极大地解放了测绘人的外业劳动时间和减少外业劳动强度，成果精度满足二级界址点要求，通过了浙江省质检站验收。

1 项目介绍

本项目为兰溪市农村宅基地及住房权籍调查和数据检查入库项目。本项目涉及兰溪市兰江街道、赤溪街道及灵洞乡洞桥村等30村18000余宗，面积约10.16 Km2，标准图幅162幅。地形图二级地物精度按7.5 cm中误差执行。

1.1 试生产

项目前期选择已有野外实测法地形图的4个村（应家村、山背村、早利村和会桥村）进行了试生产，用于确定地面分辨率、像按点数量、重叠度等。将三维模型与地形图上的实测点进行对照，按同精度检查统计了4个村的模型精度。模型精度即为倾斜影像数据的测量值与真实值之间的差值。将从实景三维模型中提取每个检查点对应位置的模型坐标与原地形图中的实测点的测量坐标作对比进行精度评估。（表1）

表1 试生产模型精度统计

试生产结论：

基于我公司目前的软硬件及人员技术，能够达到1:500地形图测绘一类地物的平面精度要求，但富余的精度很有限；完全能够达到1：500地形图测绘二类地物的平面精度要求。因此可以采用无人机倾斜摄影的方法开展兰溪市1：500农村居民点地形图测绘。

1.2 技术流程

使用倾斜摄影技术获取项目区域优于1.5 cm地面分辨率的影像，采用GNSS-RTK实地测量满足精度要求的像控点，内业通过Context Capture软件建立三维模型，利用三维采集软件在三维模型上采集地形要素、地籍要素、房地产要素；外业对采集后数据进行调绘、补测、检查、编辑，经过编辑形成地籍与房屋调查底图。工作流程图见图1。

图1 倾斜摄影法测图工作流程

1.3 基本技术指标和要求

（1）地面分辨率设定：1:500比例尺成图所需航片地面平均分辨率为主片不低于1.5 cm。

（2）航向重叠一般在70-80%，取80%为宜;旁向重叠一般在70%，取70%以上为宜；航线弯曲度不大于1%。

（3）为保证一类地物精度，航高应控制在100m以内；在山区，为了保障安全，可适当放宽。

（4）航飞范围：航向和旁向超出成图范围一个航高，通常为100m。

1.4 像控点测量

兰溪市农村居民点通常面积较小，一般为0.3 -0.5 Km2，根据村庄大小一般布置10-20个控制点，村庄特别大时，可适当增加个数。通常取3-5个做为模型检查点，其余为像控点。为了方便外业检查三维测图精度，大部分像控点兼作图根点，需要现场设置测钉。

1.5 项目验收情况

2020年5月通过浙江省质检站验收，质量合格，其平面精度为0.048 m至0.069 m；高程精度为0.02 m至0.10 m，成果精度合格。

2 模型精度分析

模型精度受相机参数、地面分辨率、POS精度、重叠度、像控点的布设测量、人工刺点、镜头畸变差和软件空三处理能力等影响。根据生产情况的数据，分析模型精度与地面分辨率、像控点密度、重叠度之间的关系。

2.1 模型精度与地面分辨率的关系

根据表格1试生产模型精度统计，利用excel绘制出模型平面精度与地面分辨率的散点图，并绘制二者关系的趋势线，见图2。

图2 模型精度与地面分辨率的关系

地面分辨率越大，模型精度越差；地面分辨率越小，模型精度越高。

两者近似关系用多项式表达，公式为：y=0.4286 x2-0.4429x+4.0143 ；置信度R2=0.9121 ；二者之间的近似关系用直线表达，公式为：y=0.7368 x+3.2434 ,置信度R2=0.9069 。

2.2 模型精度与像控点密度的关系

研究模型精度与像控点数量的关系，可以采用同一区域，空三建模使用不同数量的像控点进行；研究模型精度与像控点密度的关系则可以采用不同区域，相同的设备、软件，观测方法，统计其模型精度与像控点密度的关系。

像控点密度，即每平方公里的像控点数量，按像控点数量除以测图面积来计算。统计数据见表2。

表2 模型精度与像控点密度统计

模型精度与像控点数量呈正相关，提高像控点数量，可以提高模型精度，但像控点增加到一定数量后，模型精度提高不明显。二者关系见图3。

图3 模型精度与像控点密度的关系

两者近似关系用多项式表达，公式为：

y=0.0021 x2-0.2617 x+11.283

置信度R2=0.9621；两者近似关系用线性表达，公式为：y=-0.0684 x+7.1711

置信度R2=0.8736。

2.3 模型精度与重叠度的关系

为了提高成图精度，可加大重叠度。重叠度越大，匹配越容易，前方交会的精度也会提高，模型的平面和高程精度也会提高。影像重叠度越高，相同区域的数据量就越大，数（转下页）据处理的效率就越低，所以要兼顾精度与效率，选择适宜的重叠度。

在生产中，倾斜航摄下视相机的航向重叠度一般不小于70%，也不宜过大，以80%以内为宜；旁向重叠度在70%～80%之间，也可与航向重叠度相同。[1]

2.4 其他精度分析

影像模型精度因素还有：像控点测量精度、人工刺点精度等。依“忽略不计原则”，某项误差小于总误差的1/3时可以忽略不计。

人工刺点一般为1/3像素，按地面分辨率为1.5 cm计算，人工刺点精度为0.5 cm，相对于模型精度要求可以忽略不计；超过1/3像素时，宜采取重新刺点、重测像控点、加密像控点等措施。

像控点测量精度，采用GNSS-RTK观测，按照二级控制点要求进行，观测3个测回，每次观测历元数为20个，各次测量的平面坐标较差≤±4cm，取中数作为最终结果。各次测量的大地高较差小于4cm，取中数作为最终结果。一般情况下，点位中误差一般在2.5 cm内（浙江省质检站杭州地区400个施测点，检查精度不2.2 cm）[2]。

三维测图精度，与软件、测图人员等因素有关系，根据经验约为三维模型精度的0.8 倍。

3 结论与讨论

3.1 根据模型精度与地面分辨率近似公、模型精度与像控点密度近似公式、三维测图与模型近似关系，可以估算技术设计航测参数是否能满足测图精度要求，同时也可以根据测图精度要求，反算地面分辨率和像控点密度等。

3.2 利用倾斜摄影进行三维模型生产时，需要根据项目的特点和目的，合理确定模型精度要求，并综合考虑相机参数，软件空三处理能力对模型精度的影响，合理确定地面分辨率、重叠度、像控点测量等技术参数，生产适合项目要求的三维模型，并为后期的矢量采集提供良好的基础。