无人机倾斜摄影技术在农村不动产确权中的应用

邓清军等 GIS前沿 2019-06-30

摘要：无人机倾斜摄影技术是近年发展起来的新技术，与传统测绘作业模式不同，本文对无人机倾斜摄影技术工作原理、技术优势、数据采集、生产过程进行介绍，结合不动产应用项目进行生产试验和精度检查，说明该技术在实际应用中的可行性和优势，对其未来应用进行归纳总结。

关键词：无人机倾斜摄影技术;工作原理;数据采集;预处理;精度检测

引言

倾斜摄影技术[1]是国际测绘领域近年来发展起来的一项高新技术，颠覆了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，通过在同一飞行平台搭载多台传感器，同时从垂直、四个倾斜五个不同角度采集影像，将用户引入了符合人眼视觉的真实直观世界。无人机具有响应速度快、处理效率高、运行成本低等优势，两者结合颠覆了传统测绘的作业方式，通过无人机低空多镜头摄影获取高清晰立体影像数据[2]，自动生成三维地理信息模型，快速实现地理信息的获取，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，满足测绘行业的不同需求。

1 无人机倾斜摄影技术

1 . 1 倾斜摄影工作原理

倾斜摄影能从垂直、倾斜等不同角度采集影像，获取地面物体更为完整准确的信息，同时记录航高、航速、航向重叠、旁向重叠、坐标等参数。

同一地物具有多视角的影像及详尽的侧面信息，将这些影像通过区域网联合平差、多视影像匹配、DSM 生成、真正射纠正、三维建模等流程^[3]，形成最终测绘产品，如图1 所示。

1 . 2 无人机倾斜摄影的优点

( 1 )能够获取多个视点和视角影像，更加真实地反映地物的实际情况，弥补正摄影像的不足，满足多样化的市场需求^[4]。

图1 航摄飞行及各视角相片示意图和倾斜摄影技术流程图

( 2) 通过无人机倾斜摄影技术获取资料，具有成本低、数据准确、操作灵活的特点，可以用低成本实现立体建模。

( 3 ) 节约人力效率高，能极大地调节测绘外业的协同工作，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，极大地解放测绘人的劳动时间，减少外业劳动强度。

( 4 ) 测量结果转化应用广泛，可直接利用像进行相关量测工作，拓展了倾斜摄影技术在行业中的应用。

( 5 )快速响应突发情况，倾斜影像能为用户提供丰富的地理信息，直观的倾斜影像和相关系统辅助分析，能为应急事件的处置提供辅助决策支持^[5]。

2 . 2 数据预处理

依据项目设计要求，进行倾斜影像检查、pos数据检查、飞行质量检查、控制点检查等预处理工作，确保数据无误后，进行空三加密解算。

2 无人机倾斜摄影在不动产测绘中应用

为验证无人机倾斜摄影技术在不动产测绘应用的可行性，更好地指导今后相关工作的开展，在定远县农村三权发证项目支撑下，进行低空高分辨率倾斜摄影建模与大比例尺测图生产试验。

2 . 1 数据采集

项目实施分为数据采集、数据预处理、数据生产等三个阶段，采用旋翼无人机进行低空数据采集，数据处理采用Street Factory (以下简称街景工厂)软件进行倾斜航空影像数据处理，生产实景三维模型及真正射影像，如图2 所示。航飞总体技术指标见表1。

图2 作业流程

表1 航飞总体技术指标

2 . 2 数据预处理

依据项目设计要求，进行倾斜影像检查、pos数据检查、飞行质量检查、控制点检查等预处理工作，确保数据无误后，进行空三加密解算。

2 . 3 数据生产

2 . 3 . 1 实景三维模型生产

将空三成果导入街景工厂工作流，经过像对匹配、形成格网、设定格网大小、自动贴图、坐标转换等流程，生产出测区的实景三维模型成果(OSGB格式)，详细如图3 所示。

图3 测区实景三维模型成果和模型细节图

2 . 3 . 2 测区真正射影像制作

根据实景三维模型与空三成果文件，以Tile为单位进行格网正射与贴图匹配处理，制作测区真正射影像(TDOM)^[5]。并根据测区调绘POI信息，制作影像专题图(如图4 所示)。

图4 真正射影像图和大比例尺测图成果

2 . 3 . 3 大比例尺测图

完成测区实景三维模型、空三成果、纠正畸变差影像等数据的制作，采用测图软件对以上数据进行导入，由作业员在工程中进行点、线、面测图，并按照国标要求赋予图层与属性信息。采用CASS软件进行图形数据编辑，生产:1:500制图数据。

2 . 4 成果精度检测

2 . 4 . 1 控制点与检核点选取

控制点资料为外业人员在测区范围内获取108个点位的像控信息，坐标系为WGS84。选取其中26 个点作为控制点参与实景三维空三加密控制，其余点位进行模型成果精度检测，如图5所示。

图5 控制点展点图和绝对精度抽样检测区

为检测大比例尺测图成果的绝对精度，随机抽选五个区域进行外业全要素特征点位采集，共采集检核点178 个，与测图成果进行中误差计算，得出绝对精度结果。

2.4.2 成果精度检测

采用数据抽检的手段，用人工检查核对和人机交互检查相结合的方式对测区的测图成果质量进行检测^[6-9]。

分为三步：

第一，将测区检核点合并至实景三维模型中进行平面与高程的绝对精度检测;

第二，根据测区已有大比例尺地形图资料，检测实景三维模型、大比例尺测图成果的相对精度;

第三，在编图成果中随机选取5 处区域，根据区域内测得要素由外业人员进行实地点位采集，与测图成果比较，计算点位中误差，得出绝对精度。

2.4.2.1 模型精度检测^[8]

实景三维模型生产完毕后，将未采用控制点作为模型检核点，进行模型绝对精度检测，经检测X 方向平均误差为0.068米，Y 方向平均误差为0.050米，Z 方向平均误差为0.102米，符合项目精度要求。

2.4.2.2测图成果绝对精度检测

在测图成果中选取5 块区域，包含建筑、围墙、附属设施等要素，实地获取WGS84 坐标系检核点，与测图成果对应位置进行精度检测，除去人工粗差后，精度统计如下：平面中误差为0.177米，小于平原地区1:500大比例尺测图规范要求的0.25米;高程中误差为0.102米，小于规范中要求的0.2米。由此可见，成果满足1:500地形图测图要求。

2 . 5 在农村不动产测绘中的应用

开展农村土地确权工作是为了建立健全农村土地产权管理制度，通过倾斜摄影获取三维影像，查清农村集体所有的建设用地、农用地及未利用地，顺利进行不动产调查工作、查清集体土地权属、界址、面积和利用状况，完成具有详细、真实、准确的基础地形数据。主要应用如下：