無人機(jī)傾斜攝影測量在地籍測量中的應(yīng)用

郝祥坤

(安徽省地質(zhì)測繪技術(shù)院，安徽 合肥 230022)

地籍測量是第三輪全國國土資源調(diào)查的重要組成部分，是確定土地權(quán)屬的主要依據(jù)，同時也是查明我國土地資源類型以及利用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)。因此，地籍測量是摸清我國土地基本國情的重要途徑。與第二輪全國國土資源調(diào)查相比，新一輪的國土資源調(diào)查向“自動化、精細(xì)化、全面化”發(fā)展，對測量精度和多方法的綜合應(yīng)用提出了更高的要求，同時推進(jìn)了測量成果的社會化服務(wù)[1]。無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)是在垂直攝影測量技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，該方法實(shí)現(xiàn)了多角度、多方位獲取影像數(shù)據(jù)的目的，減少了測量“留白”問題，提高了測量精度，逐步推廣應(yīng)用于大范圍測量領(lǐng)域。鑒于此，本文結(jié)合某地區(qū)地籍測量工作，分析該技術(shù)在地籍測量中的主要流程，為提高測量精度和推廣該技術(shù)提供參考。

1 基本概況及主要參數(shù)

無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)是集圖像融合處理技術(shù)、實(shí)時動態(tài)定位技術(shù)、大數(shù)據(jù)處理技術(shù)和無人機(jī)技術(shù)于一體的現(xiàn)代化測量技術(shù)。與傳統(tǒng)的航空攝影測量技術(shù)相比，該技術(shù)可多角度、多方位獲取測繪區(qū)域影像數(shù)據(jù)，能全面地反映目標(biāo)區(qū)域的側(cè)面紋理，為地籍測量的準(zhǔn)確性和全面性奠定了基礎(chǔ)。同時，無人機(jī)傾斜攝影測量能夠在較短的時間內(nèi)獲取大范圍的影像數(shù)據(jù)，提高了地籍?dāng)?shù)據(jù)的獲取效率。

本次地籍測量采用的無人機(jī)型號為塞斯納208型，其主要參數(shù)包括：DMC II 250型數(shù)碼相機(jī)，焦距為112 mm，CCD尺寸為16 768 mm×14 016 mm。由于測繪區(qū)域地形地貌變化較大，為提高地籍測量精度，將測繪區(qū)域劃分為兩個測繪子區(qū)。其中，子區(qū)Ⅰ的基準(zhǔn)面高程為1 350 m，絕對飛行高為4 850 m，相對飛行高為3 500 m，航線之間的間距為1.74 km；子區(qū)Ⅱ的基準(zhǔn)面標(biāo)高為1 100 m，絕對飛行高為4 850 m，相對飛行高為3 750 m。為確保影像拼接等精度，結(jié)合測繪區(qū)域地形地貌等變化特征，確定本次的航向重疊度控制在55%～65%之間，旁向重疊度控制在30%～35%之間，此時子區(qū)Ⅰ獲得影像數(shù)據(jù)的地面分辨率優(yōu)于0.18 m，子區(qū)Ⅱ的地面分辨率優(yōu)于0.19 m。

2 無人機(jī)傾斜攝影測量關(guān)鍵步驟

2.1 原始數(shù)據(jù)信息的獲取

原始數(shù)據(jù)信息是地籍測量的基礎(chǔ)，也是制作各類地籍圖斑的主要依據(jù)。為提高原始數(shù)據(jù)信息獲取質(zhì)量，結(jié)合本次工作實(shí)踐，總結(jié)出如下的操作流程：①編制航飛計(jì)劃，應(yīng)充分考慮測繪區(qū)域的地形地貌等劃分飛行子區(qū)，同時選擇天氣晴朗、無風(fēng)或者微風(fēng)的時間段獲取影像；②影像數(shù)據(jù)拍攝過程中應(yīng)嚴(yán)格按照航向重疊度、旁向重疊度等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行；③影像數(shù)據(jù)獲取后，應(yīng)每天核查影像數(shù)據(jù)的質(zhì)量，確保所獲影像數(shù)據(jù)的質(zhì)量滿足基本精度要求，對于影像數(shù)據(jù)中“留白”區(qū)域多的，應(yīng)重新獲取；④根據(jù)POS(Position and Orientation System,位置與姿態(tài)測量系統(tǒng))數(shù)據(jù)對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，處理后的影像數(shù)據(jù)作為后續(xù)操作的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.2 控制測量

控制測量是提高地籍測量精度的基礎(chǔ)，也是減少權(quán)屬糾紛的重要手段。地籍測量過程中的控制測量主要包括高程控制測量和平面控制測量兩個部分。但是，在實(shí)際測量過程中一般按照控制點(diǎn)的作用將其分為首級控制測量和圖根控制測量。本次實(shí)踐過程中按照后者劃分，故本文按照作用劃分方式進(jìn)行論述。

由于測繪區(qū)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了CORS系統(tǒng)(Continuously Operating Reference Stations,連續(xù)運(yùn)行(衛(wèi)星定位服務(wù))參考站)的全覆蓋，所以本次首級控制測量利用該系統(tǒng)的單基站RTK(Real-time Kinematic,實(shí)時差分定位)方式進(jìn)行，進(jìn)而與傾斜攝影測量方法獲得密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成的三維坐標(biāo)進(jìn)行精度對比及校正。其中，首級控制測量過程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)事項(xiàng)：①首級控制測量是地籍測量的基礎(chǔ)，其控制點(diǎn)數(shù)量相對較少，為減少測量成本及控制測量精度，可采用傳統(tǒng)的測量方法如三角高程測量、水準(zhǔn)測量等；②為確保首級控制測量的精確度，應(yīng)將首級控制測量網(wǎng)中最弱的高程中誤差的相對起算點(diǎn)控制在±20 mm以內(nèi)；③首級控制測量是地籍測量精度的重要保障，其操作流程必須嚴(yán)格按照相應(yīng)的規(guī)范要求進(jìn)行。

圖根控制測量與各類地籍區(qū)塊的測量精度息息相關(guān)，也是分析與校正無人機(jī)傾斜攝影測量精度的主要途徑。因此，本次根據(jù)區(qū)域已覆蓋的CORS系統(tǒng)進(jìn)行RTK技術(shù)測量，進(jìn)而與影像數(shù)據(jù)生成的密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)產(chǎn)生的三維坐標(biāo)進(jìn)行精度對比。圖根控制測量過程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)事項(xiàng)：①在使用RTK測量測繪區(qū)域的圖根點(diǎn)時，應(yīng)確保每一個圖根點(diǎn)至少與一個相鄰的圖根通視；②為提高圖根點(diǎn)的測量精度，每一個圖根點(diǎn)至少應(yīng)該有兩個及以上的獨(dú)立觀測數(shù)據(jù)，且不同觀測數(shù)據(jù)之間的平面坐標(biāo)誤差應(yīng)控制在±30 mm以內(nèi)，高程坐標(biāo)的誤差應(yīng)控制在±50 mm以內(nèi)；③若在圖根測量過程中CORS系統(tǒng)的信號較弱或無法收到，可使用全站儀進(jìn)行圖根控制測量，其檢測邊長的水平距離相對誤差應(yīng)小于1/3000；④為保障圖根控制測量精度，其操作流程必須嚴(yán)格按照規(guī)范要求執(zhí)行。另外，圖根導(dǎo)線測量也是圖根控制測量中的重要組成部分，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)內(nèi)容：①圖根導(dǎo)線測量的起算點(diǎn)一般以二級以上的RTK點(diǎn)、GPS點(diǎn)或者導(dǎo)線點(diǎn)為主；②在使用全站儀測量相鄰的RTK圖根點(diǎn)時，若不做高斯投影改正，則邊長的相對誤差應(yīng)小于1/6000。

2.3 界址點(diǎn)測量

界址點(diǎn)測量是地籍測量的重要組成部分，其精度直接影響著地籍測量精度，同時也是減少權(quán)屬糾紛的主要因素。界址點(diǎn)測量主要包括圖解法和解析法兩類，圖解法通過標(biāo)示界址、繪制宗地草圖、界址點(diǎn)位說明及權(quán)屬界線走向說明等方式描述界址點(diǎn)的位置，主要是依靠全站儀、鋼尺等測量工具確定界址點(diǎn)的三維坐標(biāo)及相鄰界址點(diǎn)之間的間距[1]；解析法則是在空中三角加密處理后生成的正射影像圖、數(shù)字化的地籍圖、地形圖或者土地利用現(xiàn)狀圖中表示界址點(diǎn)。

本次地籍測量過程中界址點(diǎn)的測量以傾斜攝影測量過程中獲得的影像數(shù)據(jù)為底圖，通過室內(nèi)識別圖斑的方式確定各個地籍圖斑的界線、界址點(diǎn)等，再通過外業(yè)隨機(jī)地驗(yàn)證圖斑的準(zhǔn)確性。因此，界址點(diǎn)的測量可以借助CORS系統(tǒng)平臺，采用RTK-GPS聯(lián)合測量的方式進(jìn)行核查。由于界址點(diǎn)的測量精度是直接影響地籍測量精度的主要直接因素，因此對界址點(diǎn)的測量精度要求較高，其一級精度必須滿足允許誤差為±10.0 cm，二級精度的允許誤差為±15.0 cm，三級精度的允許誤差為±20.0 cm[2]。根據(jù)對研究區(qū)內(nèi)的各類地籍測量中的界址點(diǎn)精度統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明：本次無人機(jī)傾斜攝影測量過程中識別出的界址點(diǎn)的一級精度誤差為±7.6 cm，二級精度誤差為±9.2 cm，三級精度誤差為±11.3 cm，完全滿足相應(yīng)技術(shù)精度要求，說明使用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)進(jìn)行地籍測量的方法是合理的，其測量結(jié)果是可靠的。

2.4 地籍圖測繪

地籍圖測繪是地籍測量的最終表達(dá)形式。本次地籍圖測繪是以無人機(jī)傾斜攝影測量獲得的影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過室內(nèi)識別圖斑、界線點(diǎn)等的方式繪制地籍地理底圖，進(jìn)而以CORS系統(tǒng)為基礎(chǔ)平臺，采用RTK-GPS等測量技術(shù)方法對圖根點(diǎn)進(jìn)行核查及控制測量，為傾斜攝影測量精度分析及校正提供基礎(chǔ)依據(jù)。本次地籍核查測量中，對于符合CORS系統(tǒng)或者RTK測量條件的區(qū)域，多使用CORS或者RTK定位方法；對于不符合該類型基本測量條件的地形區(qū)域，一般采用全站儀進(jìn)行測量。在地籍圖測量中，為確保精度，應(yīng)重視以下幾個方面的內(nèi)容：①若界址點(diǎn)測量過程中使用解析法時，相鄰控制點(diǎn)的平面中誤差應(yīng)為圖上的±0.3 mm，限差取中誤差的2倍[3]；②若界址點(diǎn)測量過程中使用圖解法時，其相鄰界址點(diǎn)的平面中誤差應(yīng)為底圖上的±0.6 mm，限差取中誤差的2倍，山區(qū)放寬至1.5倍。

2.5 測量精度對比

為了分析無人機(jī)傾斜攝影測量方法所獲影像數(shù)據(jù)中識別出的地籍界線、界址點(diǎn)的精度，結(jié)合首級控制測量、圖根控制測量等成果，對無人機(jī)傾斜攝影測量方法的精度進(jìn)行驗(yàn)證。其中，無人機(jī)傾斜攝影測量方法獲取坐標(biāo)的主要途徑為：①影像數(shù)據(jù)經(jīng)過空中三角加密處理后生成相應(yīng)的正射影像圖；②在正射影像圖中識別地籍圖斑；③通過生成的地籍界線讀取三維坐標(biāo)；④對于首級控制測量點(diǎn)、圖根控制測量點(diǎn)等的坐標(biāo)，根據(jù)影像數(shù)據(jù)生成密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)，進(jìn)而求取圖根點(diǎn)周邊點(diǎn)云數(shù)據(jù)三維坐標(biāo)的平均值作為該點(diǎn)的坐標(biāo)。在分析無人機(jī)傾斜攝影測量方法精度的過程中隨機(jī)地抽取了部分坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，其數(shù)據(jù)見表1。由表1可知：使用無人機(jī)傾斜攝影測量方法與RTK測量方法所獲測量結(jié)果基本一致，其x誤差為-0.14～0.36 cm，y誤差為-0.51～0.21 cm，高程誤差為-0.88～0.51 cm，平面誤差為0.11～0.59 cm，說明使用無人機(jī)傾斜攝影測量方法所獲地籍測量的精度滿足技術(shù)要求。

表1 無人機(jī)傾斜攝影測量與RTK測量精度對比單位：cm

3 結(jié)束語

綜上所述，使用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在進(jìn)行地籍測量時，其精度能夠滿足地籍測量精度要求，說明該方法所獲數(shù)據(jù)是可靠的。此外，由于無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)以影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，識別出地籍信息，再經(jīng)過外業(yè)核查就可完成大面積的地籍測量任務(wù)，顯著地減少了外業(yè)工作量，提高了測量效率，降低了測量成本。另外，使用該方法所形成的地籍圖是數(shù)字化的，提高了地籍圖的使用效率，提高了測量成果的社會化服務(wù)效益。