无人机倾斜摄影测量技术在房地一体化项目中的应用分析

万 凯 王 静

1. 湖南省地球物理地球化学调查所 湖南 长沙 410000

2. 湖南省第三测绘院 湖南 长沙 410000

1 前言

在当前的测量工作中，房地一体化项目是测量工作中的重要内容，从整体上来说，房地一体化测量工作就是绘制房屋不动产外观几何结构特征以及周边地形情况的一项基本型测量工作，但是从工作实际情况来看，房屋所处的环境、地形都相对比较复杂，尤其是对于农村地区来说，如果使用传统的全站仪设备进行测量，不但需要耗费大量的人力和物力，而且容易产生较大的测量误差[1]。在当前科学技术飞速发展的背景下，无人机开始应用到测量工作之中，尤其是无人机倾斜摄影测量技术在房地一体化项目中体现出了强大的优势。无人机倾斜摄影测量技术利用无人机的飞行平台搭载多个不同角度的光学传感器，能够全方位、无死角地对地形、地貌的信息进行采集，同时结合后台的计算机处理技术，将获取的坐标、高度数据、方位角等关键性信息进行综合分析，从而构建出测量对象的三维模型，为不动产确权以及房屋数字登记工作带来了极大的便利。

2 无人机倾斜摄影测量技术要点分析

2.1 倾斜摄影测量原理分析

在目前的土地测量工作中，倾斜摄影测量技术已经有着非常广泛地应用，该技术主要是通过使用专业的测绘软件对无人机获取到的坐标信息、高度信息、姿态情况以及影像等原始数据进行综合性地处理，然后得到对应物的详细信息并且构建出三维模型的过程。在三维坐标信息的确定中，无人机可以利用飞行平台来获取与记录同一地点不同角度的影像信息，接着使用密集匹配算法，从而进行多角度的影响匹配，得出测量地点建筑物的三维坐标信息[2]。从整体上来说，无人机与倾斜摄影测量技术结合起来能够充分地发挥出倾斜摄影测量技术的优势，而且能够将传统的二维数据信息转化为三维数据信息，结合计算机信息技术进行三维建模，从而为房地一体化项提供更加准确、高质量的数据信息。从细节上来说，该技术需要在同一飞行平台搭载多台传感器，一般为5台。从垂直、倾斜等不同的角度来采集相关的信息，其中，垂直地面方位拍摄的影像为正片、镜头与地面呈夹角拍摄的称之为斜片，而斜片中又可分为前视、后视、左视、右视，无人机倾斜摄影测量工作中首先要使得各个相机之间实现同步处理，然后启动计算机控制系统对于无人机飞行以及测量过程中的测量姿态、位置参数进行有机地调整，由计算机控制台发出相应的指令信息传送到多台相机中，再由相机完成同步数据的采集过程[3]。最后，在数据采集完毕之后，获取的影响会传输到存储装置中，接着通过后台的处理即可生成需要的三维数据模型。

2.2 无人机倾斜摄影测量技术优势

首先，无人机倾斜摄影测量技术应用在房地一体化项目中具有技术方面的优势，无人机能够全方位、无死角地获取信息，并且还可以通过运动、视角以及视点的变化来准确地获取同一建筑物不同角度的影像，能够进行准确地、逼真地三维模型重建，为测量人员提供更多的有用信息[4]。其次，倾斜摄像机可以与无人机结合起来，无人机在工作的过程中能够更加灵活、方便地转换各种视角获取各类信息，与传统的测量技术相比，无人机在测量过程中可以获取精度较高的姿态数据，同时利用机载差分数据来获取更为精确的位置信息。在整个无人机工作的过程中，无人机能够有效地缩短获取数据的时限，大大地降低了测量所需的成本。在近些年的发展中，计算机信息技术也在不断地更新升级，计算机中的数据处理软件的集成化、自动化程度也越来越高，在无人机获取数据之后，后台的计算机处理平台能够在较短的时间内对数据进行处理，三维重建软件也能够实现最低成本的三维建模。此外，无人机的应用极大地便利了房地一体化项目测量工作，无人机在工作中能够较大程度地节省人力、物力，提高测绘工作的效率，在房地一体化项目中，很多项目在郊区或者农村地区，若使用传统的测量方式往往效率低下，而无人机的使用则可以避免这一问题，能够更好地协调乡郊地区测量工作中内外业的衔接，也避免了天气因素对测量工作的影响[5]。同时，该技术在应用中也具有重复性的特点，三维模型和正射影像均可以在不同的场景中切换使用，满足了房地一体化项目测量中不同地点的不同测量需求。最后，无人机倾斜摄影技术操作性良好，能够对业外测量工作的应急情况进行有效地处理，对于得到的实物地点信息能够快速地采集和快速地继承，能够为房地一体化工作提供有效地依据，同时也大大地提升了应急响应的效率。

3 案例分析

3.1 项目总体情况

本次房地一体化测量项目位于某市的一个镇，测量地区东经112.14 度，北纬34.75度，在本案例的测量过程中，使用的是大疆经纬M600无人机以及红鹏小金牛AP3400R PRO三镜头倾斜相机进行拍摄与测量。该镇位于县城的中心位置，主要地貌特征为丘陵，地势相对来说比较平坦，在本次的测量中，将所测量区域划分为4个区域块，一种采取了20架次来进行飞行拍摄，航飞的高度约180米左右，航测的作业面积为3.2平方千米，航向重叠度为85%，旁向重叠度为80%，在本次的测量作业中一定获取了照片73000张。

3.2 测量点的设置

由于本项目所规定的时间总体来说比较短，因此必须在有效地时间内提高测量的精确度，同时也要降低地面控制点布设的数量密度，尽可能地减少外业作业的工作量。结合以上考虑，在本次测量工作中，POS使用机载差分的高精度数据，同时，保证了每一次单飞的质量，确保单架次航测区域的像控点数量在6个以上。对于区域之间的重叠面积来说，在航架次之间设置重叠的区域，边缘的控制点要保证在两相交架次之间，航向上两条航带，旁向上两条基线。在精度的设置上，像控点的平面点位精度和高程点位精度应当均小于5厘米[6]。

3.3 数据的获取

结合上述的分析可以知道通过无人机倾斜摄影测量技术可以获取大量的数据信息，对得到的数据信息进行分类处理，将照片位置信息、原始航测摄影数据信息、相片控制测量数据信息、姿态数据信息等分类，然后使用无人机倾斜摄影测量后台中全球导航定位系统以及惯性导航系统对得到的数据信息进行分析与处理[7]，从整体上看，在本次的测量项目中，无人机的航测效果良好，整个飞行过程中稳定且高效，航向重叠以及旁向重叠科学、合理，最终得到的影像信息色彩均匀、层次鲜明、纹理清晰，为后续的计算、建模工作打下了坚实的基础[6]。

3.4 三维模型的构建

在本次测量过程中，一共获取了20个架次的数据，从整体上来看，数据量比较大，为了在短时间内完成数据的处理过程本次测量使用了集群建模的方式来进行三维模型的构建，从而实现短时间的数据处理。其中，内业的处理将其分为六个模块，在该部分的处理中进行空三处理，每个模块中需包含三个架次，且每三个架次为相邻连接的航摄区域。接着，就进行建模的过程。建模过程的主要步骤如下。第一，航飞POS导入到后台的奥维地图之中，按照上述分模块的情况，将连续三个架次的航测情况归纳为一块作业区。第二，在Context Capture中创建新的工作，结合本次项目的特点，工作人员需要创建6个block，然后将得到的影像数据导入其中，同时也将POS数据也导入到该系统之中，在数据传输完毕之后，使用空中三角进行测量处理。第三，将无人机航拍所获得的相控数据导入到计算机系统之中，而且针对每一个block点进行像控刺点，在刺点做好之后再次提交空中三角测量处理。第四，在上述步骤的空三处理完毕之后，工作人员需要从精度这方面来进行检查，严格控制相片控制点的精度，一般来说误差在0.5以下的符合本次测量的总体要求，如果超过0.5的话则需要重新刺点，在上述的精确度工作也处理完毕之后，再次进行空三处理，直至最终得到的所有控制点精度符合本次测量的要求后才能够停止本项工作。第五，在上述四个步骤全部完成之后，工作人员需要对系统得到的所有数据进行整合处理，将6个block合并处理，然后由后台系统生成模型。在上述的五个操作步骤中均是在计算机集群技术的支持下完成的，最终可以得到该镇的三维模型，模型整体逼真、可靠、精确。

3.5 平面图的绘制

在三维模型构建完毕之后，工作人员就需要着手开始平面图的绘制。在绘制过程中，需要对得到的三维模型以及正射影像等数据进行分析与研究，在确定好相关的关键点之后，使用Cass 3D裸眼测图软件打开上述建立好的三维模型[8]，工作人员通过该软件来完成整个三维图的采集过程，结合目前国家的绘制标准来实现整个平面图的绘制。

3.6 精确度的检验

在三维模型构建、平面图的绘制全部完成之后，工作人员则需要对绘制的最终平面图进行精确度地检验，确保绘制的成果能够达到生产的要求，一般来说，目前对于平面图精确度的检验需要从平面位置精度检验和高度精度检验两个方面进行[9]。工作人员的具体操作为：使用Context Capture建模，然后在系统中生成osgb格式的tile模型文件，同时也在系统中导出metadata.xml拓展标记的语言，然后在Cass 3D裸眼测图软件中将导出的metadata.xml拓展标记语言打开，点击直接加载三维倾斜实景模型即可。

在本项目中，以房屋的朝向为正方向，左上角墙角的位置设立空间直角坐标系（x,y），地面的一层到二层的高度设置为高程坐标（z），接着就需要将得到的平面图进行精确度地检查，在Cass 3D裸眼测图软件中对比实景模型中检查点的三维坐标和实测坐标值的情况，通过两者之间的差距来得出平面位置和高程中的误差情况，在本项目中，为了使得精确度更高，工作人员随机地抽取了6个作业区中的三十个房角作为主要的观察点，在每个block中选取5个，从而对比得出平面位置以及高程中的误差情况。

结合三维坐标与实测坐标值的情况，得出了误差值，其中误差值均小于0.5，证明了本项目的精度符合相关的要求，同时该测量结果也满足了该项目的测量规范。

4 结论

在当前的测量工作中，无人机倾斜摄影测量技术的应用十分广泛，尤其是在房地一体化项目中展现出强大的技术优势，而且该技术也推动了摄影测量技术的发展与进步，使得测量数据更加全面、准确，很好地弥补了传统测量工作的不足，对于国家测量工作的高效、有序开展提供了强有力的支持。在本文的案例研究中，使用无人机倾斜摄影测量技术对于该镇的房地一体化项目进行了测量与研究，得出了很好的结果，其中该技术实现了高效化的三维建模，能够1:1真实地还原出房屋的情况以及周围建筑物的情况，节省了大量的人力物力，减少了工作人员野外工作的工作量，显著地提升了房地一体化测量工作的效率。其次，在本项目中，抽取了30个检查点进行精确度地检验，使用了Cass 3D裸眼测图软件来完成整个误差对比过程，得到了平面位置以及高程中的误差情况，最终结果显示，误差值均小于0.5，再次说明了该技术的准确性，此外，本次项目的时间要求较短，在测量中使用了集群建模的方式来完成建模过程，节省了大量的时间。总而言之，无人机倾斜摄影测量技术应用效果良好，有着很好的应用前景，可以在房地一体化项目中推广使用。