无人机倾斜摄影测量技术在西藏江孜县农村房地一体确权登记中的应用

潘红平 晋良高 袁 龙

（四川省测绘技术服务中心，四川 成都 610081）

0.引言

根据《日喀则市自然资源局关于进一步加快推进农村宅基地确权登记发证工作的通知》，要求全市各县加快推进农村房地一体不动产确权登记工作进度和发证工作，确保全市农村宅基地发证工作于2020年底全面完成。江孜县人民政府于2020年启动了全县19个乡镇的农村宅基地、集体建设用地的房地一体不动产“修补测”工作。江孜县总面积3771km2，地势南北高，平均海拔4000m左右。由于本次房地一体不动产确权登记工作量大、任务紧、自然条件差等诸多因素影响，如果采用传统实测技术方法开展本地区的基础图形采集工作，需要大量的外业测量工作，一方面进度无法保证；另一方面对人力、物力、财力消耗也非常大。

倾斜摄影技术是通过在同一飞行平台上搭载多台传感器（多镜头相机），同时从垂直、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[1]。最近这几年，无人机倾斜摄影测量技术在各领域得到了充分应用，采集精度和效率越来越高，因此利用高精度无人机倾斜摄影测量技术开展西藏江孜县农村房地一体确权登记工作是提质增效的一个有效的技术手段。

1.技术路线

根据第三次国土调查成果“203”图斑标注及遥感影像分析，在全县范围内共划分了200多个航摄区块，并对每一个航摄区块进行航线设计；采用飞马智能航测系统D200进行江孜县房地一体确权登记项目高分辨率数码倾斜影像的获取，D200主打“高精度成图”，是一款多旋翼平台高精度无人机航测采集系统；利用GNSS-RTK技术对测区像片控制点进行测量；内业采用空三加密处理软件进行空中三角测量加密处理，构建模型的步骤依次为生成密集点云、构建TIN模型、自动映射纹理，经过一系列处理之后可获得三维场景模型；最后采用倾斜摄影实景三维裸眼测图方式，使用易绘eFeature立体测图采编一体软件进行江孜县房地一体项目地籍图及房产图要素采集。工作流程（如图1所示）：

图1 工作流程图

2.关键技术方法

2.1 航线设计

利用无人机管家结合航摄区块范围、遥感影像以及数字高程模型数据进行航线设计，飞马无人机可根据地形进行自适应调整航摄高度。江孜县房地一体项目考虑了相关技术规范精度要求，地面分辨率设计为1.5cm。在进行行高设计时，结合倾斜相机的性能，按照公式H=f×GSD/α进行计算，式中，H为航摄高度，单位为m；f 为镜头焦距，单位为mm；α为像元尺寸，单位为mm；GSD为地面分辨率，单位为m。

航摄重叠度可以按照建筑稀少区域和建筑密集区域两类情况进行设置。在无高层建筑且建筑物稀少、地形地物高差比较小的区域，无人机倾斜摄影时考虑包括俯仰、侧倾一些影响因素，航向、旁向重叠度应大于70%；对于遮挡严重的建筑物密集区域，应设计加大航向、旁向重叠度。如果重叠度偏低，航摄时无人机可能不会从一些建筑上空飞过，在模型构建时就会造成建筑模型几何结构的粘结，为避免出现模型几何结构粘结的情况出现，提高影像采集质量，对于建筑物密集区域的影像重叠度按照80%-90%设计。

2.2 像控测量

像控点坐标精度是影响倾斜摄影模型精度的关键因素，因此在进行野外像控点目标选择和点位测量方面应严格按照一定要求进行。像控点布设合理且正确后，再进行空三加密处理，倾斜摄影模型精度才能得到保证。江孜县属高海拔地区，区内构筑物稀少，地面影像特征点较少，同时为了提高像控测量精度，需要在航飞前将预制的像控测量标志提前布设到相应地点，或实地喷涂“L”字油漆标志（如图2所示），像控点尽量布设在航线重叠结合处，重叠部位无法布设像控点时的应分别布设，点位距像片边缘不应小于150像素。

图2 像控布设

像控测量充分利用了江孜县全域2000国家大地坐标系控制网建设成果，采用西藏CORS、网络RTK、电台模式进行施测，测量技术要求按照相关技术规范中关于图根点施测的规定，点位应处于视野开阔、周围高大建筑物较少，且距离无线电发射源和高压线不少于30m的地方，并制作控制点点位信息表。

像控点选取应充分考虑明显特征地物点，应选在地物明显拐角、细小线状地物交点（交角30°-150°）、微小点状地物中心（原始影像中不大于3×3像素）；由于弧形地物特征不明显，阴影不固定，不应选取为像控点。像控点影像应清晰，易于判别和立体量测。

2.3 无人机航摄

采用飞马智能航测系统D200进行倾斜摄影，无人机平台飞行参数（如表1所示），倾斜摄影采用DOP200倾斜模块，模块参数（如表2所示）：

表1 飞行参数

表2 D-OP200倾斜模块

在航摄区块范围附近选取起降场地，并选择合适的天气进行航空摄影。航摄时飞机与地面站应保持通讯畅通。无人机起飞并执行影像获取任务，期间作业人员密切关注无人机飞行状态，如发现异常，立即采取应急措施，返航或前往备降点降落。无人机降落后应及时下载POS（Position and Orientation System，POS）和影像数据，并初步检查POS和影像有无缺失、云雾、模糊等，如存在问题，及时选择适航天气开展补飞或重飞。倾斜摄影获取的影像质量应符合相关要求，影像纹理应清晰并能分辨出细小地物，满足建立清晰三维立体模型的要求，对于模糊、拉花、反差大、色调不柔和的影像应重新获取。

2.4 三维建模

倾斜摄影三维建模是在空三加密的基础上将倾斜相机拍摄的大量无序的航片进行相对定向和绝对定向，建立统一的空间模型。首先是将无人机获取的倾斜摄影数据导入到ContextCapture建模软件中，利用航片POS数据、像控点坐标，通过高性能集群图形工作站计算，进行空三处理、密集点云生成，点云构成TIN模型，结合航片生成贴有纹理的三维模型。在使用建模软件进行数据处理之前，为了使数据格式正确并保证资料完整，需要对航拍获取的航片和实地采集的像控点坐标数据按照一定的格式要求进行预处理，其技术流程（如图3所示）：

图3 三维建模构建流程图

模型构建主要按照密集点云生成、构建TIN模型和自动映射纹理的先后顺序进行。在外业航摄和像控测量的基础上先进行空中三角测量解算，同时通过多镜头倾斜摄影密集匹配生成密集点云。由于密集点云数据量大，考虑到计算机处理效率和速度，在进行TIN模型构建前应先对数据进行分块，然后再对TIN模型依据三角网所构成曲面的曲度变化进行优化；最后将TIN模型和纹理影像进行配准和贴图，且同时为带纹理的模型建立多细节、多层次的LOD，便于对文件的组织结构进行优化，提高模型分层次浏览的效率[2]。处理完成后的三维场景模型（如图4所示）：

图4 场景模型视图

2.5 三维裸眼测图采集

三维裸眼测图相较于传统航测立体测图是一种全新的采集方式，倾斜摄影裸眼测图是直接在实景三维模型基础上采集的技术，三维实景模型通过在无人机上搭载5个方向镜头进行倾斜摄影测量，全方位获取建筑物纹理信息，通过三维建模精确还原建筑物形状。作业采集人员全程无需戴立体眼镜，利用裸眼直接看到地物地貌信息，通过旋转平移等操作可以多角度看清建筑物的每一个细节；可直接在实景三维模型上勾绘建筑物图形，具有可量测和属性采集效果。

江孜县属高海拔地区，植被稀少，建筑物被遮挡的地方很少，因此特别适合西藏地区农村房地一体确权图形数据的采集。矢量图形采集主要用到了易绘eFeature立体测图采编一体软件（如图5所示），采用倾斜摄影实景三维裸眼测图方式采集矢量图形，进行江孜县房地一体确权登记项目地籍图及房产图要素采集，采集图上表示的内容有：居民地及设施、水系及附属设施、交通及附属设施、地貌、植被与土质、注记等。

图5 易绘eFeature三维裸眼测图采集

2.6 地籍图调绘与核查

通过倾斜摄影实景三维裸眼测图方式判读采集的地籍图或多或少地会出现错漏及名称不清，存在部分地物被遮挡、三维模型模糊和影像变形等情况时，需要利用传统测量设备例如GNSS-RTK、全站仪、测距仪、钢尺等工具进行辅助测量，核实采集的要素内容的正确性，并补测遗漏地物、地物名称等。调绘工作应与三维裸眼测图、数据编辑等过程有效衔接，保证地形要素表达的完整性和准确性，航空摄影后至外业调绘期间，新增的道路、房屋以及其他重要地物，外业调绘时必须进行补测。

核查的主要内容包括：居民地房屋及附属设施有无错漏，房屋结构及层数是否正确；水系位置、流向及其连通性等；道路边线位置、等级及其逻辑性关系等；陡坎、斜坡等地貌特征表示是否正确；植被种类、符号及地类界表示是否正确；单位名称是否正确；地物数学精度是否合格等。

2.7 集中指界确权

传统指界确权一般为实地指界，指界双方到现场指认权属界线和范围，考虑到江孜县境内集中居民地已进行过倾斜摄影及三维影像建模，三维影像模型真实、纹理清晰、易于识别的特点，进行了利用倾斜摄影三维模型现场集中指界的应用研究，开展了康卓乡岗古村、卓帕村、卓麦村的试点集中指界确权。现场集中在三维影像上指界、集中采集农户电子信息、集中签署相关文书的工作方法。通过试点集中指界确权发现，利用倾斜摄影三维模型集中指界确权方法可行，与传统作业调查模式相比效率更高、更直观。

3.成果评价

为了验证三维倾斜摄影测量的精度及在江孜县农村房地一体确权登记项目中应用的可行性，综合考虑区块整体分布、设备差异等因素，在倾斜摄影实景三维模型完成后共选取24个区块进行实地测点、量边检测，实地巡图检查，成果经过两级检查，精度均符合规范要求，能满足江孜县农村房地一体确权登记项目的需要，项目各项资料齐全，内容完整。

4.结束语

利用无人机倾斜摄影测量技术开展江孜县农村房地一体确权登记项目地籍图及房产图要素采集是在农村房地一体确权领域应用测绘新技术应用上的一次成功实践，与传统测绘技术相比有较多的优点，具有使用灵活、作业效率高、三维模型精度高、成图快及作业成本低等特点。采用无人机三维倾斜摄影测量技术具有很大的优势，能最大限度节约人工和时间成本[3]，减少了大量的外业测图工作，减少了测量人员外业作业强度。通过测试分析，得出无人机倾斜摄影测量的精度能满足规范要求，论证了无人机倾斜摄影测量技术在农村房地一体中应用的可行性。对在西藏地区开展同类型的项目具有示范作用。