無(wú)人機(jī)高精度傾斜攝影技術(shù)在地籍測(cè)量工作中的可用性探討

朱國(guó)強(qiáng)

（天津騰云智航科技有限公司，天津 300300）

1 引言

地籍測(cè)量是土地管理工作的重要基礎(chǔ)，主要是精確測(cè)出各類土地的位置與大小、境界、權(quán)屬界址點(diǎn)的坐標(biāo)與宗地面積及地籍圖，為土地管理工作和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供支持[1]。傳統(tǒng)的地籍測(cè)量工作，都是依靠大量的人工去實(shí)地測(cè)量，這樣雖然能夠保證地籍測(cè)量工作的精度需求，但是工作效率低，測(cè)量周期過長(zhǎng)，使得地籍測(cè)量工作成本過高[2-3]。

近年來，隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，無(wú)人機(jī)測(cè)繪已成為一種新趨勢(shì)，已在大量的測(cè)繪工作開展中得已應(yīng)用[4]。但是，無(wú)人機(jī)在地籍測(cè)量工作中應(yīng)用少之又少，究其原因如下：①地籍測(cè)量對(duì)于界址點(diǎn)等平面中誤差的精度要求在5 cm以內(nèi)，目前很多無(wú)人機(jī)技術(shù)還無(wú)法滿足這一精度水平；②基于無(wú)人機(jī)傳統(tǒng)航空攝影的手段，只能從垂直角度獲取地物信息，以形成正射影像，無(wú)法獲取較為完整的地物側(cè)面信息[5]，進(jìn)而使得地籍測(cè)量外業(yè)調(diào)繪工作很多，工作效率較傳統(tǒng)地籍測(cè)量方法并沒有提高。因此，目前無(wú)人機(jī)正射影像在地籍測(cè)量工作中更多是扮演一個(gè)“輔助者”的角色[6]。

傾斜攝影技術(shù)是測(cè)繪領(lǐng)域近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)[7-13]。隨著無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)和高精度GNSS技術(shù)的結(jié)合與發(fā)展，無(wú)人機(jī)高精度傾斜攝影技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，這一技術(shù)解決了地籍測(cè)量工作面臨的“瓶頸”問題，使得無(wú)人機(jī)測(cè)繪新技術(shù)在地籍測(cè)量工作中大展身手成為了可能[14-15]。

2 無(wú)人機(jī)高精度傾斜攝影技術(shù)系統(tǒng)

無(wú)人機(jī)高精度傾斜攝影系統(tǒng)主要包括：無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)、傾斜攝影相機(jī)、PPK后差分系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等。

2.1 無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)

本文數(shù)據(jù)采集無(wú)人機(jī)平臺(tái)采用專業(yè)級(jí)六旋翼飛行器，重量輕、升力大、荷載能力強(qiáng)，采用免工具快拆結(jié)構(gòu)，支持手動(dòng)精準(zhǔn)控制及航線自主飛行，航時(shí)長(zhǎng)，抗風(fēng)性好，并具備一定的雨中作業(yè)能力，廣泛應(yīng)用于險(xiǎn)情偵測(cè)、技術(shù)偵查、邊境巡查、搜救搜捕、路面監(jiān)測(cè)、地理測(cè)繪、電力巡檢、森林防火、抗震救災(zāi)等領(lǐng)域。

2.2 傾斜攝影相機(jī)

傾斜攝影相機(jī)采用成熟可靠的工業(yè)化設(shè)計(jì)和制造工藝，機(jī)身采用工業(yè)級(jí)ABS材料，高度模塊化的機(jī)身組件，設(shè)計(jì)裝配多臺(tái)傳感器；實(shí)現(xiàn)高分辨率、寬區(qū)域覆蓋的立體影像數(shù)據(jù)獲??；能適應(yīng)多種飛行平臺(tái)和大多數(shù)自然天氣環(huán)境。

2.3 PPK后差分系統(tǒng)

航測(cè)無(wú)人機(jī)定制化GNSS接收機(jī)，三星多頻高精度測(cè)量板卡，輸出頻率1～20 Hz可調(diào)。通過差分后處理解算，得到厘米級(jí)POS定位精度，輔助空三解算，可有效提高效率。

2.4 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

傾斜攝影三維自動(dòng)建模軟件DP-Smart是一套基于從空地多源序列影像，全自動(dòng)生成高分辨率三維模型的自動(dòng)化建模軟件。該軟件基于攝影測(cè)量、計(jì)算機(jī)視覺及計(jì)算幾何算法，支持全自動(dòng)空三解算、密集點(diǎn)云生成、構(gòu)建TIN網(wǎng)、自動(dòng)紋理映射等步驟，實(shí)現(xiàn)三維模型的快速生成。

3 無(wú)人機(jī)高精度傾斜攝影技術(shù)路線

無(wú)人機(jī)高精度傾斜攝影技術(shù)路線主要包括數(shù)據(jù)獲取、像控點(diǎn)布設(shè)與采集、數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)成果精度驗(yàn)證等，無(wú)人機(jī)高精度傾斜攝影技術(shù)路線如圖1所示。

4 地籍測(cè)量可用性探討案例

4.1 探討案例一

該案例實(shí)際為甘肅省蘭州市榆中縣某村鎮(zhèn)項(xiàng)目。為了保證數(shù)據(jù)的效果和精度，航飛時(shí)，將航向重疊度設(shè)為80%，旁向重疊度設(shè)為65%，地面影像分辨率優(yōu)于2 cm，航飛面積為0.25 km2。

為了保證數(shù)據(jù)精度和驗(yàn)證最終數(shù)據(jù)成果精度滿足地籍測(cè)量精度要求，在測(cè)區(qū)內(nèi)均勻布設(shè)4個(gè)像控點(diǎn)和6個(gè)檢查點(diǎn)，具體分布如圖2所示。

圖1 無(wú)人機(jī)高精度傾斜攝影技術(shù)路線圖

圖2 測(cè)區(qū)像控點(diǎn)分布（1，2，3，4為控制點(diǎn)，其余為檢查點(diǎn)）

通過PPK后差分解算獲取高精度后差分GNSS數(shù)據(jù)，從而得到空中影像曝光點(diǎn)的高精度POS信息。利用DP-Smart傾斜攝影自動(dòng)建模軟件對(duì)高精度數(shù)據(jù)進(jìn)行空三加密解算、三維重建，進(jìn)而得到高精度真三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)。生成的真三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 生成的真三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)

從真三維模型上提取相應(yīng)檢查點(diǎn)坐標(biāo)值與實(shí)際外業(yè)采集坐標(biāo)值進(jìn)行對(duì)比分析，檢查點(diǎn)誤差對(duì)比統(tǒng)計(jì)如表1所示。從表1可以看出每個(gè)檢查點(diǎn)的精度都很好，整體的平面中誤差為4 cm，精度優(yōu)于地籍測(cè)量對(duì)界址點(diǎn)等平面位置中誤差小于等于5 cm的測(cè)量精度要求，可滿足地籍測(cè)量工作的要求。

4.2 探討案例二

該案例是在廣東省某市城區(qū)設(shè)計(jì)的一個(gè)補(bǔ)充案例。測(cè)區(qū)面積為0.1 km2，航飛獲取地面影像分辨率為1.5 cm，測(cè)區(qū)內(nèi)共布設(shè)檢查點(diǎn)36個(gè)，具體分布如圖4所示。

表1 檢查點(diǎn)誤差對(duì)比統(tǒng)計(jì)表

圖4 測(cè)區(qū)檢查點(diǎn)分布圖

數(shù)據(jù)獲取后，通過PPK后差分解算獲取高精度后差分GNSS數(shù)據(jù)，從而得到空中影像曝光點(diǎn)的高精度POS信息。利用DP-Smart進(jìn)行空三解算及自動(dòng)化建模后，在模型上量測(cè)檢查點(diǎn)坐標(biāo)信息，與外業(yè)實(shí)際采集檢查點(diǎn)坐標(biāo)值進(jìn)行偏差對(duì)比。通過檢查點(diǎn)的中誤差，判斷模型精度是否能滿足地籍測(cè)量精度要求（平面位置中誤差5 cm）。檢查點(diǎn)誤差對(duì)比統(tǒng)計(jì)如表2所示。從表2可以看出，測(cè)區(qū)檢查點(diǎn)的整體平面中誤差為2.8 cm，精度完全滿足地籍測(cè)量對(duì)界址點(diǎn)等平面中誤差小于等于5 cm的精度要求。

5 結(jié)論

通過探討案例數(shù)據(jù)，驗(yàn)證表明無(wú)人機(jī)高精度傾斜攝影技術(shù)獲取數(shù)據(jù)成果精度高，可以滿足地籍測(cè)量對(duì)界址點(diǎn)等平面中誤差小于等于5 cm的精度要求。隨著無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的不斷發(fā)展和提高，其獲取數(shù)據(jù)的能力和精度必將不斷提升，無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)與高精度GNSS技術(shù)的結(jié)合，也可大量減少外業(yè)像控布設(shè)和外業(yè)調(diào)繪的工作量。無(wú)人機(jī)高精度傾斜攝影技術(shù)將會(huì)徹底改變地籍測(cè)量工作的作業(yè)方式，在地籍測(cè)量工作中應(yīng)用前景廣闊。

表2 檢查點(diǎn)誤差對(duì)比統(tǒng)計(jì)表