无人机倾斜摄影测量在城镇地籍测绘中的应用

无人机倾斜摄影测量在城镇地籍测绘中的应用

孟康

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摘要：随着社会的发展，城市化建设不断加快。地籍测绘包括土地权属调查和地籍测量，是一项获取土地及其附属物(不动产)的精确位置、形状、面积、数量等信息，并确定其权属关系和利用状况的测绘工作。传统的地籍测绘主要采用全站仪加GPS－ＲTK的方式进行全野外测量，ＲTK技术可以快速地进行图根测量，全站仪可以弥补ＲTK在受遮挡区域无法准确获取界址点坐标的缺陷。虽然该方法能够保障地籍测量的精度需求，但投入人力物力较大，周期较长，很难满足城镇高速发展对地籍测量成果快速更新的新需求。基于遥感影像的地籍测量方法能快速获取大范围的地面遥感影像并通过影像解译获取地籍成果资料，但是成果精度很大程度上取决于影像分辨率、影像几何纠正的精度和解译的精度。

关键词：无人机；倾斜摄影测量；城镇地籍；测绘应用

引言

传统的大比例尺地形图测绘使用ＧＰＳ－ＲＴＫ，作业效率低，对于大面积项目，生产地形图数据成本高，且由于作业方式导致更新效率低，不能满足当今现实需要。垂直摄影技术的出现与快速发展，改变了大比例尺地形图生产方式。利用航拍影像，基于共线方程原理，利用少量控制点对航飞数据进行空中三角测量解算并平差，然后借助虚拟环境下立体像对，对影像上的地物进行采集，通过外业调绘和补测，编辑与整理，得到最终的地形图。该作业方式可以满足1∶1000大比例尺精度要求，但是很难达到1∶500的精度要求。随着倾斜摄影技术的出现与多视影像密集匹配算法的优化，以倾斜摄影数据建模，然后基于倾斜模型进行地形图采集成为当前生产1∶500地形图的主要作业方式。

1地籍测量的基本概念

地籍测量是地籍调查工作的重要组成部分，是在土地权属调查的基础上，使用测绘仪器设备对项目区内每一宗地的地籍要素进行测绘，包括界址点坐标、宗地位置、界址线走向、宗地面积等数学信息，通过专业化成图软件绘制地籍图和宗地图，为地籍调查和土地登记工作提供基本依据，为地籍管理工作提供专业服务。地籍测量主要分外业测量和内业数据处理两项工作，外业测量是在通过权属调查形成的地籍调查表及宗地草图的基础上，在统一的坐标体系框架下开展的外业测定工作，包括控制测量和细部测量，主要目的是利用测绘仪器采集、获取宗地位置的数学要素，如界址点坐标、界址线边长等，为内业计算、成图提供数据支撑，外业测量的技术手段和技术方法很大程度上决定了地籍测量工作的精度质量；内业数据处理工作是通过专业的计算机成图软件对外业测定的数据进行矢量化处理，计算宗地面积、输出宗地界址点成果表，并按一定比例尺绘制宗地图和地籍图，为地籍管理工作提供成果支撑。

2无人机倾斜摄影技术

2.1无人机倾斜摄影原理

无人机倾斜摄影是指在飞行平台上搭载一个或多个不同视角的航摄仪，从空中对地面进行高分辨率影像数据采集［１１］。目前，主流的多角度航摄仪为五镜头，从左视、右视、下视、前视和后视５个角度采集影像数据。其中４个侧视镜头从侧面对建筑物进行拍摄，可以获取建筑物侧面纹理数据；下视镜头垂直地面进行拍摄，可以获取建筑物顶部纹理数据。多角度对同一地物进行拍摄，通过每个镜头获取的数据互相弥补，可以减少视觉盲区，提升航摄影像信息的丰富度，有利于后期实景三维模型重建

2.2无人机倾斜摄影建模

无人机倾斜摄影建模软件是针对倾斜摄影影像畸变大、分辨率不一致、视场角大等特点专门研发的一款软件，能够对多源数据进行空中三角测量精确解算，且效率高。无人机倾斜摄影建模是结合多视影像密集匹配技术，对倾斜摄影空三成果进行密集三维点云匹配，并对匹配成功的点云进行ＴＩＮ构建，生成三维白模。依据共线方程与影像的外方位元素将三角网上的３个点坐标投影至影像的像方坐标系中，结合建模工作前期计算过程中金字塔解算、点云匹配、空三运算等工作，最后计算出３个投影点的纹理坐标，通过三角形在二维影像上形成的区域，将所需的纹理投影至三角网上，最后对多幅影像进行筛选，选出最贴近现实的模型纹理，最终得到带有丰富纹理影像信息的实景三维模型。

3无人机倾斜摄影测量在城镇地籍测绘中的应用

3.1技术路线

采用无人固定翼航飞平台搭载五镜头进行倾斜影像获取，要求按1∶500比例尺进行测绘，地面影像分辨率优于0．02m，单镜头采用6100万像素的全画幅相机，像控点布设采用区域网布点法，采用BentleyContextCapture［10］(后文简称CC)软件完成自由网、相对定向、控制点量测、绝对定向及模型重建等操作，将OSGB(OpenSceneGraghBinary)模型导入清华山维EPS三维测图软件［11］进行DLG数据采集，最后使用南方CASS9.0软件将DLG数据编辑成图。

3.2航线设计

航线设计需要确定的基本参数有重叠度、航摄比例尺、测区平均基准面、摄影机的焦距、影像的像幅大小。由基本参数计算出在基准面上的飞行高度、航线位置、航向角及航线数、曝光的时间间隔、每条航线的曝光数、总曝光数。因测区地势较为平坦，按照一个航摄分区进行航飞，航线设计方案根据所航摄区域楼高、要求的地面分辨率、现场周边情况综合制定。航线按照测区走向按照直线布设直到覆盖整个测区，位于测区边界的航线的侧视镜头能够获得测区的有效影像，考虑到倾斜摄影相机拍摄角度以及航高，为保证测区边缘物体的完整性，航线覆盖超出测区边界线至少200m。由于测区高楼林立，近地部分存在遮挡现象，适当提高了像片重叠度，最终布设航向重叠度、旁向重叠度均为80%，飞行高度191m，航向间距25m，旁向间距38m。

3.3三维建模

外业获取倾斜影像后，采用CC软件进行空三处理与后续三维建模。将像控点文件、原始影像序列及POS文件导入软件后，软件自动相对定向后通过人工选点、刺点完成区域绝对定向，此步骤中特别注意人工刺点一般需要选取距离影像边缘超过80个像素的范围内且目标清晰的点位，尽量减少照片边缘畸变大带来的影响;设立了控制点标志物的定位到标志物转折处角点。以POS数据作为外方位元素初始值，利用光束法区域网空中三角测量模型进行空三加密，解求所有像片外方位元素和加密点物方坐标。空三成果检查合格后提交空三资料，利用空三成果进行密集匹配获得密集点云，基于密集点云进行模型重建与纹理映射，可快速生成模型。倾斜三维模型全方位呈现了测区地面实景，纹理真实，各宗地权属界线易辨别，可以从不同角度观察并快速定位到建筑物的边界、墙体角点、道路边界等，同时建筑层数、建筑结构、道路信息等都清晰可见，提供了地籍图中所需的各类地籍要素信息。

3.4DLG制作

利用高分辨率的实景三维模型，通过人机交互的方式采集高精度的地籍要素。在DLG制作过程中采用“内－外－内”的模式，先利用EPS软件导入倾斜模型进行房屋及其他要素采集，对于模型有遮挡或模型拉花影响数据采集的区域进行标注，由外业进行补测，最后返回内业编辑成图。

结语

利用倾斜摄影测量技术辅助地籍测绘虽然存在一定的问题，如林木密集或者建筑物复杂区域无法获取完整的建筑物面数据，弱纹理的建筑物，如墙面趋于一种颜色的建筑物，软件匹配出来的模型会出现拉花或凹凸等现象，导致无法采集真实的建筑物几何数据，但结合少量的传统测绘，完全能够满足地籍测绘的精度要求，证明倾斜摄影测量在地籍测绘中应用是可行的。与传统测绘相比，大大节省了人力物力，且耗时更短，充分体现了倾斜摄影测量在地籍测绘中效率高、成本低等直观的优势，未来随着倾斜摄影测量技术的发展，将会有力推动城镇地籍测绘的现代化和智能化。

参考文献

［1］张姣，李绮．ＲTK和全站仪在地籍测量中的应用及精度分析［J］．新探索，2020(3):20－23．

［2］郑远杨，丁涛．GPS－ＲTK结合全站仪在地籍测绘中的应用研究［J］．科技创新与生产力，2021(6):59－61．

［3］姜友谊．基于遥感影像的农村宅基地地籍测量方法研究［J］．测绘通报，2013(2):31－33．