無人機(jī)低空遙感技術(shù)在不動(dòng)產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查中的應(yīng)用研究

毛煥芝 巫澤贇 王懿龍

（1.上蔡縣大地測繪有限公司，河南 上蔡 463800；2.駐馬店市慧智房地產(chǎn)測繪有限公司，河南 駐馬店 463000）

1 引言

農(nóng)村地籍測量是通過權(quán)屬調(diào)查和地籍測量，查清宗地的權(quán)屬、界址線、面積、數(shù)量、質(zhì)量、用途和位置等情況，為宅基地確權(quán)、不動(dòng)產(chǎn)統(tǒng)一登記奠定基礎(chǔ)[1]。農(nóng)村房屋權(quán)籍調(diào)查工作底圖一般采用全野外實(shí)測方法，利用全站儀和RTK 進(jìn)行特征點(diǎn)測量，再通過專業(yè)軟件繪制成圖，這種傳統(tǒng)方法需消耗大量人力物力，生產(chǎn)成本高，工期長[2]，因此，在滿足精度要求的前提下，研究一種工作效率高、成本低的農(nóng)村宅基地權(quán)籍調(diào)查測量方法十分必要。

隨著傾斜攝影測量技術(shù)的發(fā)展和無人機(jī)的廣泛應(yīng)用，基于無人機(jī)技術(shù)的傾斜航空攝影測量方式，可方便、靈活地獲取多角度高分辨率影像，快速自動(dòng)地生成實(shí)景三維模型［3-4］，在室內(nèi)基于實(shí)景三維模型即可采集地理要素，替代了外業(yè)實(shí)測，節(jié)省了時(shí)間，具有效率高、成本低、數(shù)據(jù)精確等特點(diǎn)[5-6]。因此，研究將無人機(jī)傾斜攝影應(yīng)用于農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)房地一體測繪工作具有重要意義。本文嘗試采用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)開展農(nóng)村宅基地權(quán)籍調(diào)查測量，以期為同類項(xiàng)目提供參考。

2 低空無人機(jī)傾斜攝影測量系統(tǒng)

傾斜攝影測量技術(shù)主要包括傾斜攝影的數(shù)據(jù)獲取和處理[7]，通過在無人機(jī)等飛行器上搭載多鏡頭高分辨率相機(jī)，按照既定路線從垂直和傾斜角度采集影像，使得獲取的地物信息豐富、完整、準(zhǔn)確[2]。傾斜攝影測量影像示意圖如圖1 所示。傾斜影像特點(diǎn)如下：（1）可獲取多個(gè)視點(diǎn)和視角的影像，得到更詳盡的側(cè)面信息；（2）具有較高的分辨率和較大的視場角；（3）同一地物具有多重分辨率的影像；（4）傾斜影像地物遮擋現(xiàn)象比較突出。針對(duì)這些特點(diǎn)，傾斜攝影測量技術(shù)通常包括影像預(yù)處理、區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差、多視影像匹配、DSM 生成、真正射糾正、三維建模等內(nèi)容。

圖1 傾斜攝影獲取示意圖

3 工程應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目區(qū)概況

項(xiàng)目位于駐馬店新蔡縣某標(biāo)段，包括化莊鄉(xiāng)、櫟城鄉(xiāng)、棠村鎮(zhèn)、韓集鎮(zhèn)4 個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）共計(jì)74 個(gè)行政村的農(nóng)村房屋權(quán)籍調(diào)查、房地一體農(nóng)村權(quán)籍調(diào)查、權(quán)籍信息疊加整合、數(shù)據(jù)庫建立、紙質(zhì)材料數(shù)字化及不動(dòng)產(chǎn)登記發(fā)證等工作。項(xiàng)目區(qū)范圍如圖2 所示。

3.2 技術(shù)流程

為滿足1∶500 地籍圖的要求，首先在測區(qū)布設(shè)150 m 格網(wǎng)密度的像控地標(biāo)。利用GNSS-RTK 進(jìn)行像控點(diǎn)實(shí)測，然后規(guī)劃無人機(jī)飛行航線，獲取數(shù)據(jù)，進(jìn)行傾斜攝影數(shù)據(jù)加密，在數(shù)據(jù)整理基礎(chǔ)上進(jìn)行三維建模和真正射影像（TDOM）生成，最終結(jié)合三維模型和TDOM，利用EPS（清華山維）平臺(tái)進(jìn)行成圖，技術(shù)流程如圖3 所示。

圖2 項(xiàng)目區(qū)范圍

圖3 傾斜攝影測量農(nóng)房權(quán)籍采集流程

3.3 無人機(jī)影像數(shù)據(jù)獲取

3.3.1 影像數(shù)據(jù)

測區(qū)地形比較平坦，主要為居民地，建筑物多為1～2層，數(shù)據(jù)獲取采用飛馬智能航測系統(tǒng)D200 四旋翼無人機(jī)飛行，傾斜模塊為D-OP300，相機(jī)有5 個(gè)，有效像素2400萬×5，傳感器尺寸為23.5 mm×15.6 mm，鏡頭焦距：中間25 mm，四周四個(gè)相機(jī)35 mm；相機(jī)傾斜角度為45°。飛馬D200 航測系統(tǒng)如圖4 所示。

航攝前首先開展資料收集、實(shí)地踏勘、航線設(shè)計(jì)、空域申請(qǐng)、航攝設(shè)備安裝調(diào)試、基準(zhǔn)站建立、控制點(diǎn)布設(shè)等準(zhǔn)備工作，完成后開始航攝飛行。此次航攝搭載傾斜航攝儀D-OP300，東西向飛行，影像航向重疊度≥80%，旁向重疊度≥70%，相對(duì)航高約為96 m，地面分辨率大小為1.5 cm，航飛時(shí)五個(gè)相機(jī)同時(shí)對(duì)測區(qū)進(jìn)行拍攝，共獲取面積約0.3 km2傾斜影像。

圖4 飛馬D200航測系統(tǒng)

3.3.2 像控點(diǎn)數(shù)據(jù)

航飛前到實(shí)地布設(shè)地標(biāo)像控點(diǎn)，并用RTK 采集控制點(diǎn)在當(dāng)?shù)貙?shí)用坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。在飛控平臺(tái)系統(tǒng)中，根據(jù)范圍坐標(biāo)繪制測區(qū)范圍線，以1∶500 成圖要求設(shè)置飛行參數(shù)，最后生成航線與POS 點(diǎn)數(shù)據(jù)。將規(guī)劃的航線上傳至無人機(jī)飛控系統(tǒng)，航飛完成后采集數(shù)據(jù)。

3.4 實(shí)景三維模型生產(chǎn)

3.4.1 數(shù)據(jù)處理

無人機(jī)影像數(shù)據(jù)預(yù)處理包括POS數(shù)據(jù)與航帶整理、畸變改正、像片旋轉(zhuǎn)、勻光勻色，影像數(shù)據(jù)的曝光點(diǎn)原始坐標(biāo)為WGS84橢球下的地理坐標(biāo)經(jīng)緯度和大地高。測區(qū)的坐標(biāo)系統(tǒng)為2000 國家大地坐標(biāo)系，高程基準(zhǔn)為1985 高程基準(zhǔn)或者自定義投影坐標(biāo)。

3.4.2 空三加密

空三加密是無人機(jī)影像處理的關(guān)鍵和難點(diǎn)，打開Context Capture Master 軟件，建立工程，導(dǎo)入影像、POS 數(shù)據(jù)、控制點(diǎn)，設(shè)置相機(jī)焦距。POS 輔助下影像間通過同名像點(diǎn)匹配，自動(dòng)構(gòu)建像點(diǎn)自由網(wǎng)，進(jìn)行自由網(wǎng)平差和相機(jī)參數(shù)的自由網(wǎng)優(yōu)化。最后進(jìn)行地面控制點(diǎn)的自動(dòng)預(yù)測和手動(dòng)量測、聯(lián)合地面控制點(diǎn)自動(dòng)平差，導(dǎo)出空三平差結(jié)果。測區(qū)空三關(guān)系模型如圖5 所示。

3.4.3 模型重建

空三精度滿足要求后，進(jìn)行模型重建。利用Context Capture 進(jìn)行空三多視影像密集匹配，生成高密度三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，構(gòu)建不同層次細(xì)節(jié)下的不規(guī)則三角網(wǎng)TIN，同時(shí)生成帶白模的三維模型。根據(jù)POS數(shù)據(jù)算出TIN 模型每個(gè)三角面與影像對(duì)應(yīng)區(qū)域間的幾何關(guān)系，將對(duì)應(yīng)的紋理圖像與三維TIN 模型進(jìn)行配準(zhǔn)，最后通過紋理影像的反投影實(shí)現(xiàn)紋理貼圖，生成實(shí)景三維模型。測區(qū)局部城市實(shí)景三維模型如圖6 所示。

圖5 空三加密

3.5 傾斜三維測圖

測區(qū)采用EPS 軟件采集房屋信息。EPS 軟件是清華山維開發(fā)的專門針對(duì)傾斜攝影、農(nóng)村宅基地和不動(dòng)產(chǎn)測繪、三維建模的地理信息軟件平臺(tái)。通過導(dǎo)入三維模型，利用三維重建得到的全要素三維模型采集宅基地房屋的矢量數(shù)據(jù)，包括房子采集、改正房檐、房屋屬性結(jié)構(gòu)（磚、混）及層次（1、2），局部采集如圖7 所示。

圖7 基于實(shí)景模型采集房屋信息

3.6 精度分析

為了檢驗(yàn)成果精度，在測區(qū)選取15 座房子，利用GNSS-RTK 及全站儀實(shí)地測量得到的平面圖與傾斜攝影成圖，進(jìn)行疊加，比較結(jié)果如表1 所示。

表1 實(shí)地測量結(jié)果與成圖結(jié)果比較

根據(jù)CH5002—1994《地籍測繪規(guī)范》要求，地籍圖上坐標(biāo)點(diǎn)的最大展點(diǎn)誤差不超過圖上0.1 mm，對(duì)于1∶500 地籍圖而言，誤差不超過0.05 m，由表1 可知，平面點(diǎn)位中誤差為±1.2 cm，完全符合規(guī)范的限差要求。

4 結(jié)語

本文結(jié)合新蔡縣實(shí)際，將無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)村房屋權(quán)籍調(diào)查，研究了傾斜攝影技術(shù)在農(nóng)村宅基地測量中的數(shù)據(jù)獲取和處理等問題，通過試驗(yàn)與精度驗(yàn)證可知，該方法在精度上完全滿足相關(guān)規(guī)范要求，大大降低了地籍調(diào)查與測量成本，提高了生產(chǎn)效率，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)方法效率低、成本高等缺點(diǎn)，為農(nóng)村宅基地確權(quán)工作探索了新途徑，對(duì)于其他土地權(quán)屬調(diào)查工作的方法改進(jìn)也有重要的參考價(jià)值。