无人机倾斜摄影技术在不动产确权登记中的应用研究

2023-01-07王青林

信息记录材料 2022年11期

王青林

（安徽首佳科技信息服务有限公司安徽合肥 230601）

0 引言

目前，我国将宅基地与房屋登记信息整合至统一的不动产登记平台，这就需要在宅基地测绘的同时对地上的定着物、附着物进行测绘[1]。以往的宅基地测量采用传统的CPS-RTK 与全站仪实测法，面对全国庞大体量的宅基地，测量人员在传统测量方法下很难高效完成不动产确权登记项目。随着无人机平台的发展成熟，测量人员利用无人机倾斜摄影测量技术可以快速地获取到多角度的高分影像数据，而且还可以快速生成高精度实景三维模型[2]。测量人员对已生成三维模型的基础上进行不动产要素采集，就省去过多的外业测量流程，提高了数据生产的效率与质量。目前，我国绝大多数地区已采用该作业模式进行不动产确权登记工作，并取得了较好的数据成果，为不动产统一登记提供了一套崭新的解决方案。

1 无人机倾斜摄影技术

1.1 无人机技术

无人机（unmanned aerial vehicle，UAV）是新型的不需要载人驾驶的中小型飞行器，它可通过地面操作人员远距离遥控或者根据机载传感器指令进行自动飞行。无人机最早被应用于军事领域，随着通信、导航、工业制造等技术的不断突破，无人机具有低成本、灵活便携、低操纵门槛等特性，已经被广泛应用于商业、娱乐、农业、科研等领域。近年来，无人机航空摄影测量（简称无人机航测）技术也逐渐发展成熟。无人机航测技术集多项高新技术于一体，包括航空摄影测量技术、无人驾驶飞行技术、遥控遥测技术等[3]。其中，空中飞行平台主要有自动控制系统、无人飞行器、非测量型高分辨率数码相机等传感器设备。无人飞行器主要用来搭载自动控制系统和数码相机，作为任务设备，非测量数码相机主要用来获取高分辨率地面物体的影像，可通过定时或者定距来操作，具有高度自动化等特点；无人机自动控制系统能够接受并处理控制指令，精确控制无人机按照设定的航线飞行，其主要由微处理器、GNSS 接收机和惯性导航模块等传感器组成。无人机自动控制系统可参照作业时发动机的转速、风速等气象信息自动设定参数，地面控制系统发出指令后就能实现无人机的遥控或自主飞行，保证飞行姿态，自动采集地面物体的影像数据。

1.2 倾斜摄影测量技术

传统摄影测量技术在新时代测绘工作中应用十分广泛，通过这一技术可以更精确、高效地获取地理信息要素。但是，随着人们对精度要求的不断提高，传统航空摄影测量只能获取正射影像的问题也逐渐暴露了出来。测量人员为了弥补这一缺点，倾斜摄影测量技术应运而生，该技术是国际遥感领域近年来新兴发展的一项对地观测技术。该技术有效融合了近景摄影测量与传统航测技术的优势，但又与传统航测只能单架次获取地面物体下视影像不同。倾斜摄影测量是在飞行平台上搭载倾斜、垂直等不同视角的航摄仪[4]，即增加了与下视方向成15°以上的前、后、左、右4 个倾斜镜头，再加上一个下视镜头共五个镜头同时曝光获得每个视角的影像和曝光瞬间的POS 数据。无人机不仅能采集到地面物体的多视角高清立体倾斜影像，同时还能获取到地物的侧面纹理信息（见图1）。所拍摄的影像再借助于全自动高性能后处理系统进行批量定向和建模，可快速构建出具有地物准确位置和清晰纹理的高分辨率真三维场景。工作人员借助于专业数据处理软件不但可以实现地物的三维数字化精准量测，还可进一步生成多种数字化测绘产品，满足各行各业的生产用图需求。

图1 无人机倾斜摄影技术

1.3 无人机倾斜摄影测量的优势

倾斜摄影测量自出现至今，已成为一项成熟的测绘手段。该项技术的提出，解决了以往航测过程中只能获取地物垂直视角影像的缺点，可以同时获取多视角影像，通过获取的多角度影像可以快速地进行实景三维模型的建立[5]。总体来说，无人机倾斜摄影测量的优点有以下几个方面：

（1）打破传统。在倾斜摄影测量技术问世前，传统的航测只能获取垂直方向上的影像。测量人员利用倾斜摄影测量可以获取多角度、高分辨率的影像，并且在二、三维之间可自由切换。有效解决了垂直航摄影像无法获取到建筑物的侧面和层高信息，测图人员仅需要少量的外业调绘即可精确地测制出地形图。

（2）低成本。无人机倾斜摄影测量系统具有很高的机动性和灵活性，而且操作简单、数据采集效率高、可以单人作业，无论是从人力成本还是时间成本上都极大地减少项目投入的成本。

（3）测量工作无地域限制。以往的测量工作需测绘工作者在实地进行测量，通过无人机摄影测量技术可以减少原有的外业工作量，将更多的工作转至内部操作，使得测量工作不受地域限制。

（4）自动化程度高。无人机倾斜摄影测量技术数据处理过程无需过多的人工干预，可在全自动的模式下完成实景三维模型的建立。经实践验证，无人机倾斜摄影测量技术相比人工建模，效率提高了2 倍以上，大大缩短了建模时间，节省了人力物力。

2 技术方案

2.1 项目介绍

某不动产确权登记项目利用无人机倾斜摄影测量技术进行数据采集后建立实景三维模型，然后利用Cass3D 软件进行不动产要素的采集并输出成果，最后利用常规测绘仪器进行数据检验，以验证无人机倾斜摄影测量技术在房地一体项目中的精度。

2.2 数据采集

（1）航线设计：测量人员按照项目划定的测区范围和地貌情况进行航线设计，由于该项目地处环境较为复杂，所以航摄区域高差不能大于设计航高的1/6；为了保证航摄影像的重叠率，本次航测航向重叠度设置为65%，旁向重叠度设置为55%。

（2）像控点布设：测量人员以无人机航线规划为前提条件。将本项目像控点针对性地布设在航线、航带相接的区域，据此来完成航测内业加密和测图。在像控点布设之前一般以卫星影像图为底图进行预布设，再参照现场踏勘的地理位置布设具体的点位。待测区采用区域网布点，分为平面像片控制点和高程像片控制点。布设主要以靶标为主，采用少量明显地物（房角、渠道边）等，测量的手段主要为GPS-RTK 快速测量方法施测。

（3）航摄：测量人员利用无人机倾斜摄影技术进行地面要素采集时主要通过在无人机平台搭载四个倾斜方向和一个下视方向相机进行影像拍摄。本案例中采用设备是大疆M300-RTK 无人机搭Share102SPm 五镜头倾斜相机。本案例中，无人机航飞的高度为200 m，获取影像地面分辨率为0.05 m，航向重叠度为80%，旁向重叠度为70%。M300-RTK 无人机上的全球定位系统采用GPS+GLONASS+BeiDou+Calileo 多星定位技术，使得定位精度更高，相机曝光瞬间可以获取精确的POS 数据。测量人员结合外业像控点的采集进行数据处理。在完成设备检校、航线规划、像控点布设等步骤后，便可择机进行外业航飞。外业航飞应挑选天气晴朗、空气质量良好、气象条件温和的时间窗口实施。执飞时，无人机起、降方向应考虑实地风向设置，利用配套软件实时监测飞行状态，如果在飞行期间遭遇多次严重瞬间大风，应考虑补飞。

2.3 数据处理

首先工作人员使用匀光软件对航拍好的照片进行色彩和曝光度等处理，使影像效果达到最佳状态。采用无人机倾斜摄影测量方法建立实景三维模型的主要技术要点是影像采集、预处理、空中三角测量、TIN 网构建、纹理映射等[6]。其中空中三角测量中主要技术包含影像内定向、相对定向、同名点提取、光束法平差等。空中三角测量是将处理后的相片导入空中三角测量软件，只单纯用无人机自带的POS 进行一次粗略的空三加密，便于控制片刺点影像与航片影像匹配，之后就要进行像控点的刺点。通过自动计算DSM 点云和建筑物植被过滤，构建TIN，根据TIN 创建DEM，然后将DEM 切割、融合并进行边缘裁切，设置参数并纠正，拼接匀色出图生成DOM。本文采用南方测绘CASS9.1、AutoCAD 2004 软件进行大比例尺地形图数据编辑，生成大比例尺地形图。大比例尺地形图矢量数据作业时首先根据立体影像判读，并进行地物、地貌矢量要素的采集形成航测数字化原图。外业人员再对初编后的大比例尺地形图原图进行现场补充核实，重点核实线状地物、点状地物、植被以及地名等要素，同时利用常规的方法补测新增地物，最后基于核实调绘后的成果进行内业编辑，生产出全要素的大比例尺地形图。

2.4 精度分析

根据《城镇地籍调查规程》(TD1001-93)，主要通过界址点精度与不动产单元面积的准确度来衡量不动产测绘的精度[7]。为了验证通过无人机倾斜摄影测量模式获取的不动产测绘精度，使用RTK 与全站仪进行抽样检查，测量人员对选中的不动产单元进行实地测量，得到界址点坐标与不动产单元中宅基地、房屋等的面积。并与利用无人机倾斜摄影测量技术与Cass3D 软件采集的数据进行对比，本项目抽取一个村的10 个界址点数据进行分析。

（1）界址点精度对比

根据城镇地籍调查规程，界址点相对邻近控制点点位中误差不大于5 cm，界址点相对邻近控制点、两相邻界址点之间的量距允许误差不大于10 cm，若两边误差超过10cm 则超出误差范围。参照表1统计数据，并根据式（1）中误差计算公式计算：