无人机摄影测量技术在地籍测绘中的应用方法及管理对策

2023-09-18纪桂欣

科技创新与应用 2023年26期

纪桂欣

（山东天元信息技术集团有限公司，山东东营 257000）

地籍测绘是地籍管理中的一项重要工作，通过地籍测绘，了解土地利用现状，掌握土地及附着物权数、位置、质量和数量等基本情况，从而做出更为科学合理的土地规划与管理决策。地籍测绘是一项综合、系统的工作，需要用到多种先进技术，如无人机摄影测量技术[1]。下面结合实际，对无人机摄影测量技术在地籍测绘中的应用做具体分析。

1 无人机摄影测量技术简析

无人机摄影测量技术通过从1 个垂直、4 个倾斜、5个不同的视角同步采集影像，获取到丰富的建筑物顶面及侧视的高分辨率纹理（图1）。无人机摄影测量技术能快速、高效获取测量区域数据信息，同时与高清实景三维建模相结合，通过相应软件分析处理所获得的影像资料，构建出区域内高分辨率三维模型[2]。

图1 无人机摄影测量示意图

在应用无人机航测技术测绘时，可根据测绘区域的地形地貌、气候特征等，灵活、及时地调整航向、航高与航速等，使无人机与搭载的测绘器面对不同情况快速做出不同反应，并尽可能获取高精度数据与高分辨率遥感影像信息。除此之外，在测绘任务中，无人机车载系统可迅速到达作业区附近设站，根据任务要求每天可获取数十至两百平方公里的航测结果。

与传统测绘方式相比，无人机摄影测量技术优势显著。从测绘方式来看，传统测绘采用的是接触式、近距离测绘方式，测绘作业会受光照等因素影响，而无人机摄影测量技术采用非接触式、远距离测绘方式，不受光照影响，白天、黑夜都可作业。从测绘效率来看，传统测绘技术用时长、速度慢、效率低和劳动强度大，而且还只能测绘点到点的距离。而无人机摄影测量技术自动完成对目标物体的扫描，自动生成三维数据，测绘效率远远高于传统测绘技术。从安全程度来看，传统测绘技术局限性大、安全系数低，而无人机摄影测量采用非接触式、远距离测绘，不需要人员进入复杂或危险的环境测量，所以安全系数大大提高，人员安全得到保障。从结果出具方式来看，传统测绘技术需要工作人员根据测绘到的数据在图纸上手动标记，而无人机摄影测量所得点云数据可直接导入Revit、Auto－CAD、3D MAX 和Sketchup 等BIM 软件，通过软件自动出具结果。无人机摄影测量技术可实现智能量测，轻松获取长度、净空、直径、角度、方位角、坡度与坐标等一系列数据，更重要的是，在测绘过程中，系统能根据点云数据对BIM 模型与CAD 图纸做出准确修改与校核，使最终的结果足够准确。从准确率方面看，传统测绘作业受干扰因素多，测绘数据的准确率相对较低。而无人机摄影测量技术可自动获取与处理数据，能将目标物体或测绘现场的实际情况，通过三维点云数据准确反映出来。三维点云数据是由软件自动化处理，中间没有经过人为干预，因此也就避免了人为引起的误差。据调查研究，目前的无人机摄影测量技术，精度已经达到毫米级，所以数据的准确率极高。从可视化角度来看，传统测绘作业属于平面二维作业，可视化程度不高，而无人机摄影测量属于三维作业，无人机摄影测量所得点云数据为整体三维空间尺寸信息，具有极高的可视化程度[3]。

2 无人机摄影测量技术在地籍测绘中的应用方法

2.1 测绘准备

在运用无人机摄影测量技术开展地籍测绘工作时，要做好以下准备工作：搜集测绘资料，研究测绘资料，确定测绘方案，组建测绘队伍，制定测绘操作规范，向工作人员明确测绘流程、测绘进度计划、质量要求等。

2.2 无人机搭载摄影设备测绘

采用无人机摄影测量技术测绘时，由无人机搭载数字彩色航摄相机、数码相机等先进设备，这些设备能快速获取地表信息，获得高精度定位数据与超高分辨率数字影像，能快速生成包括三维正射影像图、三维地表模型、三维景观模型等在内的三维可视化数据，满足测绘需求（图2）。

图2 无人机摄影测量设备

2.3 构建DSM 数据模型

在运用无人机摄影测量技术开展地籍测绘工作时，测绘人员需构建数字地表模型（DSM）等数据模型，通过该数据模型显示地形地貌起伏状态。在测绘工作中，测绘人员根据工程概况与前期搜集的信息资料，利用无人机摄影测量技术建立起地形地貌虚拟模型，然后从模型中提取分割影像，并从影像中分析与提取纹理等重要信息，最后将提取到的信息整合生成多视影像。多视影像生成后，工作人员还需根据实际要求进一步整合影像，得到更高精度的测绘信息。在DSM 中，导航定位定向系统增加了更多的图像元素的外部方向，能够实现自动测绘，同时还能将测绘图像按精度数据，从粗到细进行排列，每一层图像都可用于自动匹配，从而实现对图像的整合[4]。

2.4 多视影像数据处理

在运用无人机摄影测量技术开展地籍测绘时，测绘人员还需做好多视影像密集匹配工作，通过对多视影像的匹配处理，得到高精度的有用信息，为地籍管理提供参考依据。在测绘工作中，工作人员可利用多视影像的特点，有机整合墙面边缘、建筑边缘、建筑纹理等相关信息，并将此类信息转换为三维数据，为相关人员的使用提供方便。

应用无人机摄影测量技术测绘时，使相机与目标物成一定角度，然后获得垂直影像与倾斜影像。在依据这些影像数据进行三维建模时，需对垂直影像与倾斜影像通过相应的处理软件进行处理。目前市场上的多数处理软件只适用于垂直影像，无法对倾斜影像数据做出有效处理。因此在建模之前可应用联合平差的方式，对获取到的多视影像进行处理。处理时需考虑以下因素：垂直影像与倾斜影像之间是否存在几何变形与遮挡问题；处理多视影像时，要注意保留影像的纹理与层次；匹配同名点时，需合理利用相关算法与数据，以保证最终得到的结果可以使用；处理时可联立解算参数数据、控制点坐标及平差方程，使最终的结果具有更高的精度。在处理影像间的变形与遮挡问题时，最常用的方法是通过相应的软件促进数据融合[5]。

进行内业处理时，可运用GAMIT 等处理软件进行。运用专业软件将采集到的外业数据进行GLOBK平差，将平差结果生成报告形式并转换为WGS84 坐标。开展数据处理工作之前，先详细检查外业数据，确定外业采集到的数据符合使用要求后，再开展预处理工作。数据预处理主要需考虑以下问题：数据的偶然误差，数据系统误差。数据偶然误差具有随机性，是在测绘过程中由一系列不稳定因素造成，对于偶然误差，可通过求平均值的方法进行抵消。系统误差则有非随机性，系统误差主要与仪器设备有关，如传感器性能不过关，导致测绘到的数据出现透镜焦距误差、主点偏移误差等。系统误差会对建模精度及纹理映射效果产生一定影响，因此在正式建模之前必须采取相应的技术方法消除系统误差。如可运用基于Wallis 滤波的匀光匀色方式进行消除[6]。影像数据处理流程如图3 所示。

图3 影像数据处理流程

3 无人机摄影测量技术在地籍测绘中的应用问题及管理对策

3.1 建立地基测量质量责任制

建立测量质量责任制，对各项管理责任进行细化、落实，以免在测量期间出现无人担责、问题无人处理或相关人员职责重复交叉等问题。测量单位要细化质量管理责任，设置专门的质检人员，工程测量期间，质检人员担负起自身职责进入测量现场检查测量情况，监督测量质量，以免出现质量问题。

3.2 规范测量技术管理

由于我国测绘市场开放得较晚，许多测绘单位在技术水平、管理经验等方面还有欠缺，在开展具体的测绘工作时也缺少经验，缺乏完善的技术与质量管理体系等。这些不足限制了地籍测绘工作的开展，也不利于地籍测绘质量的提高。另外，测绘过程中，工作人员技术水平不高，存在外业数据采集遗漏、草图绘制混乱表达不清、内业分摊计算不合理等问题，使地籍测绘质量受到影响。为保证地籍测绘质量，提前对掌握的各项测绘区域的资料进行研讨分析，准确把握测绘内容、测绘要求、测绘重难点及测绘环境等，进而制定科学合理的无人机摄影测量技术应用方案，可将各环节、各部位的测绘细节编写成册，交由测绘人员学习掌握，以便工作人员能在实际的测绘工作中规范操作，保证测绘精度。

3.3 加强技术人员管理

参与地籍测绘的工作人员也是影响测绘质量的一大重要因素。负责或参与工作的人员业务水平不高、职业技能缺乏、责任心不足等，就有可能引起测量误差。调查发现，在地籍测绘作业中工作人员将数据混淆搞错，将数据计算错误等情况时有发生。由此可见要想提升或保障地籍测绘质量，就要进一步加强对测绘人员的教育培训与监督管理，尽可能减少人为失误[7]。在地籍测绘工作中，单位完善人员管理。对人员的管理从以下2 方面进行。

一是设立地籍测绘领导小组与实施小组，领导小组负责协调工作及决策，常规的监测工作由实施小组完成。领导小组与实施小组全部成员要能正确理解地籍测绘的各项内容和要求，学习地籍测绘规程，学习项目部、业主管理方面的规定和办法，学习地籍测绘的操作流程和注意事项，了解不断提高对该工作的认识。测绘人员要统一思想、提高认识，为测绘质量负责。

二是加强对测绘作业人员的教育培训，通过定期的教育培训强化工作人员责任意识，提高其能力素质，为测绘工作的开展打好基础。无人机摄影测量技术属于比较先进的技术，对人员的要求较高。因此在应用无人机摄影测量技术开展地籍测绘工作时，需组织相关工作人员深入学习技术，掌握技术原理、特点、应用要点及在实际应用中的注意事项等，从而为各项实测工作打好基础。企业可聘请行业专家、资深工作者、科研人员等，向测绘人员宣传讲解无人机摄影测量技术知识等，提高测绘人员的业务能力与职业素质。另外在测绘过程中，加强对测绘人员的监督管理，对一些测绘人员的违规操作行为，及时教育批评，并及时采取补救措施，避免最终的测绘质量受到影响[8]。

3.4 完善仪器设备管理

在运用无人机摄影测量技术进行地籍测绘时，有可能出现测绘误差。通过研究分析可知，测绘误差主要与以下原因有关：测绘设备性能质量不过关，在工作过程中引起误差；信号传播环境不理想，从而引起与信号有关的误差。在具体的测绘作业中，工作人员要重视并防范这类测绘误差，要通过相应措施将误差出现的概率降到最低。具体如在测绘前合理选择仪器设备，根据国家与行业相关技术要求，做好对测绘设备等的选择与检定工作，确保测绘设备性能质量良好，功能状态稳定可靠。为保证地籍测绘质量，建立仪器设备管理体系，采用科学合理的方法加强对仪器设备的检测管理，将仪器设备对地籍测绘成果的影响降到最低。首先是在正式测绘前，对无人机、摄影机等有关仪器设备做详细检查，确保其不存在质量问题。其次是在测绘工作中按照技术规范正确操作设备，防止设备出现问题。另外，每次测绘结束后，都对仪器设备进行检查与维护保养，以便下次使用。对于在测绘中出现故障或问题的仪器设备，做好记录并及时上报处理。地籍测绘期间，无人机的航速、航线等参数，一旦设定就不能随意更改，工作人员要为地籍测绘质量负责。