李森盛，刘若翔，种绍龙

(甘肃省地质矿产勘查开发局测绘勘查院，甘肃 兰州 730060)

村权籍调查要求全面查清农村范围内集体土地(含宅基地)使用权等每一宗土地的权属、位置、界址、面积、用途、地上房屋等建筑物、构筑物的基本情况，为逐步建立产权明晰、权能明确、权益保障、流转顺畅、分配合理、严格规范的农村集体土地及房屋产权制度，深化农村物权制度改革提供依据，为房地一体数据整合和城乡一体不动产统一登记奠定基础。目前农村房地一测量主要利用：全站仪和RTK进行全野外地籍和地形测量、全野外数字测量和传统摄影测量相结合两种方法。前两种方法需要大量的野外作业，工作任务重、效率低，且对硬件和数据采集人员技术要求较高[1]。近年来，无人机倾斜摄影测量技术有了快速的发展，能够实现高分辨率三维模型建模，极大的提高了工作效率[2]。

国外倾斜摄影策略技术发展较早，例如F.Remondino等人选取了一篇地形较为负责的河流区域，拍摄多视角影响并建立三维模型，利用无人机倾斜摄影技术对河流景观进行地形测绘，并绘制出河流景观整体地形图[3]；Brunier等为恢复意大利南部莫丽塞山地遗迹地形，通过无人机倾斜摄影搭载高分辨率传感器，生成高精度的正摄影影像，用于勘测考古遗迹及其景观[4]。国内倾斜技术起步较晚，周旺辉等利用无人机摄影技术建立三维模型，并绘制了1：500地形图，进行了精确度和可行性分析[5]；王果等人利用无人机倾斜摄影技术建立农村宅基地三维模型和TDOM，并进行矢量化成图[6]；盛一楠等通过无人机倾斜摄影对棚户区改造工程进行测绘分析，并建立三维地形及房屋权籍图[7]。

对于工作量庞大的农村房地一体调研工作而言，利用无人机倾斜摄影技术进行测量，具有着更多的优势，可直接从建立的三维模型上分析建筑物材料及高度、面积，并且能够生成多种数据成果，包括DOM、点云数据和数字化地形图等[8-10]。本文通过无人机倾斜摄影技术在农村权籍调查测量中的应用，建立了相应的技术指标和技术流程，为该技术在房地一体测量工作提供借鉴。

1 研究思路及技术指标

1.1 研究思路

农村权籍测量内容包括对宅基地界址点、农村房屋屋角点和绘制地籍调查底图。主体研究思路为首先确定地面控制点，然后通过垂直影像和倾斜影像进行测量，利用全自动联合空中三角测量和自动密集匹配DSM，构建TIN模型，并生产白模，然后进行3D纹理映射生成真实三维图形，最后实现SV360三维模型测图，图1所示。

图1 技术流程

1.2 技术指标

由于本次权籍图形测绘采用立体三维测图模式，为保证测图精度，数据获取和三维成果处理内容必须满足以下要求：获取地面分辨率优于1.5 cm的倾斜影像，且平均高度上航向重叠度不低于80%、旁向重叠度不低于70%；DOM(数字正射影像)分辨率优于0.05 m。因此，拟定技术指标要求如下：

(1)航摄飞行前对测区进行实地踏勘，选择合适的起降点；综合考虑地形和气象条件，制定合理的航摄飞行方案，开展无人机数据获取工作，确保安全无事故；

(2)考虑地形和气象条件，无人机航空摄影的航向重叠度要求达到80%，旁向重叠度要求达到70%；航迹要求航点间隔均匀，且偏离航线距离在100 m之内，连续偏离航线影像在3张(含3)以内，判定为合格；若轨迹数据中，存在连续三张以内，且最大偏离航线100～200 m之间，都判定为“问题”影像。若轨迹数据中，偏离航线200 m之上，或连续3张以上偏离航线100 m以上的情况，都判定为“不合格”航线。存在“问题”影像时应进行补飞，存在不合格航线时，要求进行重飞；

(3)航线一般按东西向平行于图廓线直线飞行，也可根据测区内地形情况，设计航线为东西向、南北向、或者倾斜向。实际飞行时综合考虑摄区形状和地形，选择航摄效率最高的航线布设方式；

(4)为保证工作区的航摄全覆盖，防止测区边缘的漏拍，进行航线设计时，在地形条件允许的条件下，航向上航线两端各多覆盖出500 m，旁向上测区两边各多覆盖出一条航线。当地形条件不允许时，可降低要求；

(5)获取的航空影像要求影像清晰、亮度适中、对比度合理。如果影像存在明显虚化、边缘模糊、影像过暗、过渡曝光或有薄雾覆盖时均要求进行补飞。

2 像控点布设布设

像控点的选择不仅与设计的方案有关，同时也需要考虑摄影成图质量，因此，需要注意像控点影像应当较为清晰，易于识别；为提高影像匹配结果精度，像控点布设在影像边界1 cm左右位置；像控点应避开具有阴影的区域；布设于开阔地带，布设区域无信号塔、大片水域等干扰物影响[11]。

为提高测绘成图数据精度，需要在航拍前进行实际像控点标记，一般为在实际地点位置通过红色油漆或者白灰粉标图“十”或“L”记号。像控点位于水泥等坚硬路面时，利用红色油漆油漆进行标记，在疏松地面时利用白灰粉。同时为保证测量精度，如标记“十”字形标记点时，需要在“十”字中心喷绘一个5 cm直径圆圈(图2)。

图2 像控点“十”字标记方式

根据飞行要求，为满足此次测量精度，像控点按照每平公里15～20个，150～200 m的间距进行布设，测区边、角应有像控点控制，测区中间的像控点要均匀分布。此次航飞的区域为不规则的图形，所以为保证精度适当增加了像控点的数量，具体布设方案如图3所示。

控制点布设完成后，采用GNSS-RTK进行测量，并提前设置好坐标系统，方便后期处理。测量位置需在靶标的几何中心位置。

3 飞行方案设计

3.1 飞行平台选择

鉴于此次项目精度要求较高，且采用倾斜测图的作业模式，为获取最佳三维模型效果，采用D200飞行平台搭载1.2亿像素的OP300 倾斜模块，且采用变高飞行，可获取统一分辨率的影像数据，保证后期数据处理的顺利进行。

图3 像控制点布设方案

航拍系统是根据航拍区域范围及特点来进行选择，农村权籍测量过程主要以村为单位，一般而言甘肃区域每个村主体占地面积为0.3 km2左右，位置分布较广，不适合大面积倾斜测量航拍系统[12]。因此，选择轻小型无人机和单镜头航拍系统更为适应，整体航拍系统重量轻、携带方便，一次航拍能实现覆盖面积0.6 km2，基本满足了单个村的测量任务。同时选择小型无人机具有成本低廉、飞行安全系数较高的优点，对于低空航拍具有更好的优势。本次测量过程选择的无人机航拍系统如图4所示。

图4 小型旋翼无人机航拍系统

3.2 飞行方案设计

根据CH/Z 3005-2010《低空数字航空摄影规范》，满足分辨率范围为1～5 cm；航向重叠度80%，最小不小于53%；旁向重叠度70%，最小不小于8%的要求，结合无人机数据特点，设计如下：

(1)地面分辨率：优于1.5 cm。

(2)航向重叠度：平均测区面80%，最高点不小于50%。

(3)旁向重叠度：平均测区面70%，最高点不小于30%。

高点海拔2 223 m，最低点海拔2 185 m，平均海拔2 204 m，高差38 m；为保证地籍测量精度要求，分辨率按1.5 cm，航向重叠度81%，旁向重叠度72%设计；设计航线里程79.538 km，预计飞行架5次，具体航线信息如图5所示。

图5 航线信息图

4 三维模型建立及测图

4.1 立体模型的建立

在完成外业像控点测量和数据采集后，进行内业数据处理，建立立体模型主要步骤如下：

(1)数据的收集、检查和数据整理。在倾斜摄影测量内业数据处理前，对外业航飞数据，像控点数据(包括像控点点之记，像控点所在位置，像控点坐标系统，像控点坐标)进行收集和检核。检核外业航飞所获取的影像资料是否有漏洞，是否有不合理飞行情况，如果有则进行补飞或者重飞。检查像控点信息是否齐全，像控点坐标是否有不合理现象。

在数据检查合理的情况下，整理数据，准备影像数据，像控点文件数据，空三加密及模型的建立。

(2)空中三角测量(空三加密)。空中三角测量是立体摄影测量中，根据少量的野外控制点，在室内进行控制点加密，求得加密点的高程和平面位置的测量方法。其主要目的是为缺少野外控制点的地区测图提供绝对定向的控制点。

(3)模型的建立。空三成果解算完成之后，运用smart 3d建模软件经过提交工程、设定格网大小、格式设置等流程，生产出测区的实景三维模型成果(OSGB 格式)(如图6所示)。

4.2 内业立体测图

本次立体测图使用SV360立体测图系统。测图过程在“三维测图”窗口与CAD窗口进行，任一个窗口所作修改在另一个窗口同步显示，所见即所得。测图结果可存盘为2004版的dwg格式，可实现与cass无缝对接。

图6 立体三维模型

测图过程中针对模型的特点主要用到“立面求交法”、“墙角拾点法”、“辅助点法”等，如图7所示。

图7 内业立体测图

4.3 精度检测

为了检测基于无人机倾斜摄影技术的三维立体测图的成果精度，在项目区的试点村内随机选取明显的界址点和房角点进行了实地检测。本次检测了124个点，最大误差为+0.113 m，最小误差+0.001 m，距离中误差为±0.043，符合农房调查的精度要求[13-14]。

5 结 语

为确保测量精度，为在作业过程中须重点关注：确保足够数量和布设合理的像控点，像控点应按照每平方千米15～20个，150～200 m间距进行布设，测区边、角应有像控点控制，且测区中间的像控点要均匀分布；像片地面分辨率要优于1.5 cm；在立体测图的过程中，应确保捕捉到房角或墙角；在个别地物点隐蔽区域，应适当结合传统测量方法进行补充，提高成果质量。

通过本次应用实践，建立了基于无人机倾斜摄影的立体测图技术在农村权籍调查测量中的关键技术路线，该方法能有效提升项目作业效率，减少项目成本支出，且成果数据丰富，可在农村权籍调查测量中推广使用。