固定翼倾斜摄影在地籍测图中的应用

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目前，各地相继开展不动产权籍调查工作，此项工作外业工作量大、成果精度要求高、时间进度要求紧。传统地籍测图，人力投入大、时间周期长。随着无人机倾斜摄影技术的发展，利用该技术实现三维实景建模已经成为现今趋势。倾斜摄影测量技术是近年发展起来的一项测绘新技术，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从垂直、倾斜等不同角度获取影像。无人机倾斜摄影技术近年来在遥感与测绘领域得到了广泛应用。业内多个单位已通过旋翼无人机搭载倾斜相机进行地籍测图的生产，精度验证可以满足地籍图要求，此方法很大程度上提高地籍测图的效率。但由于旋翼无人机有效飞行时间短、转站多、一架次飞行覆盖面小、外业飞行效率不高等不利因素。尝试采用垂直起降固定翼无人机搭载倾斜相机进行地籍测图生产性测试，来验证其技术方法的可行性。

01工艺流程

1.1仪器与软件

（1）CW-10是成都纵横自动化技术有限公司研发的垂直起降固定翼无人机，采用固定翼结合四旋翼的复合翼布局形式，以简单可靠的方式解决了固定翼无人机垂直起降的难题，兼具固定翼无人机航时长、速度高、距离远的特点和旋翼无人机垂直起降的功能，如图1所示。

图1 CW-10

（2）RIY-DG3是睿铂全系列倾斜摄影相机里综合性能最好一款设备，具有重量轻、体积小、焦距合理、兼容性高、维护成本低等一系列优点，且DG3内置散热和除尘系统，能够保证了相机在高温环境下长时间作业。DG3几乎能被市面上所有的工业级无人机挂载，既可以搭载于小型电动固定翼做大面倾斜数据采集，也可以安装在各种多旋翼无人机上做高精度倾斜数据采集，如图2所示。

图2 RIY-DG3

（3）TSDMapper倾斜摄影测图系统是由泰乐地信结合测绘和GIS领域软件开发的经验，研发的新一代测绘数据生产平台。软件提供从三维数据采集、编辑、质检到入库的一整套测绘数据生产解决方案。

1.2测试流程

根据无人机倾斜摄影测量的技术特点，结合地籍测图的技术要求，制定作业流程图，如图3所示。

图３ 作业流程图

02项目测试

2.1测试区域概况

测试区位于南通市海安市大公镇古贲村，面积约2.5km2。测区处于城郊结合区，内部含一处房屋密集小镇区，外部居民地呈散列式分布。测试区域天气晴朗，气温18℃。飞行过程中风速在3～5ｍ／s，俯仰角度较小，无人机飞行姿态稳定。

2.2测试区生产

2.2.1控制测量

（1）控制标靶布设

标靶按照测试区实际情况进行布设，由于本次测试主要采集房屋及其附属设施，标靶布设选区已有图根控制点作为标靶，并在实地喷涂长度30cm、宽度10cm的红色油漆，为增加对比度，便于空三解算判别标靶，在中心喷涂直径3cm白色圆形标志，如图4。

标靶布设距离控制在100ｍ以内，成对布设，防止在航飞时标靶被破坏，无法控制整个区域。标靶布设，如图5。根据测试区域实际情况，布设共60个。

图4 实地标靶图

图5 测试区标靶布设图

（2）标靶测量

在标靶布设完成后，采用精度稳定的GPS、选择有利的观测时间段、至少失锁重复观测两次固定解，取平均值作为标靶坐标进行空三解算。

2.2.2无人机航摄

（1）航摄参数

设置采用固定翼无人机搭载倾斜相机进行倾斜摄影测量时，考虑到项目对成果精度要求、航摄时无人飞行姿态、固定翼无人机飞行速度、相机快门和存储速度等因素的影响。根据倾斜相机的不同，进行大比例尺倾斜摄影时地面分辨率应不大于2.5cm、拍照间距不小于30ｍ或定时1.5s。防止因固定速度过快导致采集倾斜影像丢片现象。

（2）航摄线路规划

航线规划应满足航摄区域覆盖，同时考虑到倾斜模型的建模要求，对航摄区域进行外扩，外扩范围根据相对行高确认，本次测试行高约180ｍ，故外扩180ｍ作为航摄范围。

（3）无人机航摄

航摄过程中要时刻关注飞机飞行的姿态、主电源电量、风速大小、天气变化情况，当遇到不能满足正常航摄要求的紧急状况，应立即果断的采取终止飞行。特别是在固定翼倾斜摄影时，对各项要求更高，航摄过程中更要时刻关注地面控制软件各项参数。同时航摄架次间要做好记录，如天气状况、飞行时间、飞行距离、采集照片数量等。

（4）航摄数据下载与整理

在飞行架次结束以后，将地面基站和无人机pos数据分别下载并保存，为了便于后期空三数据解算录入的需要，将无人机拍摄的影像数据与无人机pos数据做一一对应处理。测试区域共飞行两个架次，用时93min，飞行距离105km，采集倾斜影像9900张。

2.2.3ContextCapture空三解算

（1）空三解算

在无人机航摄结束后，将下载的数据导入ContextCapture进行空三解算，进行了一次估算和一次精算，此次测试区共花费12ｈ，其中人工加控制点的时间耗时约6ｈ。空三解算中最重要的就是刺点工作，其中下视镜头中控制点是最清晰、变形也最小的。由于这次布设的控制点为长度30cm、宽度10cm的红色十字油漆，地面分辨率为0.025ｍ，在像片显示为12像素长、4像素宽，便于刺点工作。

（2）空三解算结果评定

在建模过程中，空三计算完毕后，选择输入像控点坐标，将事先在现场测好的像控点坐标输入进去，空三解算结束后查看解算结果，模型中误差为0.0248ｍ，即一个像素的中误差，由于用控制点对模型进行了一个纠正的过程，控制点平面中误差只有0.006ｍ。

2.2.4ContextCapture实景建模

空三建模使用的电脑处理器为Intel（R）Cor（TM）i7-7860XCPU@3.60GHz，内存为128Ｇ，显卡为两个NVIDIAGeForceGTX1080Ti游戏显卡；三台电脑工作共花费40个小时。通过RIY-DG3五镜头相机，获取地面物体全方位的数据，经过数据处理生成影像为实景三维影像，如图6。可以直接基于成果影像进行高度、长度、面积、度的量测，实时获取数据。

图6 模型图

2.2.5数字化测图

从垂直、倾斜等不同角度采集影像，形成倾斜模型后，利用TSDMapper倾斜摄影测图系统基于OSGB倾斜模型数据进行矢量数据采集。由于地籍测图内业主要采集房角点及部分房屋附属设施点，为充分验证内业测图的精度，将前期外业采集的部分房角点展入测图系统，从三维场景中观察，绝大部分的外业打点坐标都在实景模型的角上，如图７，圈中黑色点为外业采集点，目测精度可以满足要求。

图７ 房角点与外业采集点分析图

针对倾斜摄影应用在大比例尺地形图、地籍测量中存在的粗差多、误差分布不均匀等问题。经过对比外业采集点与内业测图采集房角点过程，论证利用正视视图中边线的方式显示模型，并将三维的测图工作转换为二维测图，在二维模式下能够轻易采集到房角点。采用边线显示模型，黑色的点为半径0.05ｍ的外业打点坐标，从细节图中可以测出房角点，精度完全可以得到保证。在实际的测量作业中，作业员要有较高的作业经验和熟练度，保证矢量采集的精度。

2.2.6精度分析

通过验证后的测图方法，将全部试点区域成果完成后，按照精度统计的要求，从试点区域随机选取50个宗地，实地采集房角点进行精度分析。通过对外业实测数据与基于在倾斜摄影三维模型上所采集到的图形数据的对比分析，采用数据抽检的手段，用人工检查核对和人机交互检查相结合的方式对试验区的测图成果质量进行检测。本次精度检测共抽取宗地50个，界址点115个，其中粗差点个数为6个，剔除粗差中误差0.045ｍ。根据测试精度分析结果看，此次测试区域成果能符合地籍测图5cm要求。

03结束语

本文通过固定翼无人机倾斜摄影技术生成三维模型后，利用TSDMapper倾斜摄影测图系统，完成了测试区域地籍测图生产。成果精度经与外业采集点进行分析比对，结果符合地籍测图的精度。通过此次测试有效解决了采用旋翼无人机时长短、覆盖范围小、架次飞多、外业飞行效率等不利因素。此次固定翼无人机倾斜摄影技术在地籍测图中的成功测试应用，能大大减少外业的人力物力，节约时间，提高工作效率，同时还能提高测图质量和精度。论证了基于固定翼无人机倾斜摄影三维建模地籍测图的可行性，且与传统地籍测图相比，在效率、精度、成本和工期等方面都有着明显的优势，充分体现的固定翼无人机倾斜摄影测绘成本低、效率高、精度准、成果直观等优势。

文章转载于北京测绘第33卷 第11期作者：蒋毅，苏嫣，孙磊，何燕兰