无人机倾斜摄影测量技术在农村地籍测绘中的应用探讨.pdf

地籍测绘是一项长期的测绘任务，只要宗地或者房屋结构发生了变化，都需要进行地籍测绘。传统的地籍测绘，通常是利用 RTK（Real-time kinematic，载波相位差分技术）进行静态测量，得到一个高精度的点位坐标，然后将全站仪架设在该点上，再对周边区域的房屋界址点进行测量，这种方式要求视线内无遮挡，才可以进行测量1。对于农村来说，房屋分散错综复杂，需要频繁换站进行测量，这导致作业效率低，增加了地籍测绘的成本。由于墙棱角的存在，使得 RTK采集的界址点精度较低，无法满足农村地籍测绘精度要求。虽然现在新生产的 RTK 设备可以在倾斜的情况下准确采集到目标坐标点的坐标值，但是这需要增加开支、采购设备，而且全野外作业，作业成本也是很高的。对于房屋边长和宗地边长，则是采用卷尺或者钢尺进行丈量，一般要求 3 人一组，2 人拉尺，1 人记录，这种方式作业成本也很高，而且随着距离的增加，丈量的精度在降低，也是无法满足现在的高精度测绘的2-3。无人机倾斜摄影测量技术，是近年来发展起来的一项测绘新技术，由于其搭载的镜头多，获取的有用信息丰富，已经被用于各行各业。本文首先介绍了倾斜摄影测量技术，并对其在地籍测绘中的作业流程进行简单介绍。最后以实际生产项目为例，对其生产的地籍成果精度进行了检测。结果表明，采用本文的方案生产的地籍图，其精度可以满足地籍二级精度要求，可以为农村地籍测绘带来借鉴。1无人机倾斜摄影测量技术倾斜摄影是区别于垂直摄影测量的，倾斜摄影是指搭载的相机，其与地面呈现大的夹角，而不是垂直地面4。一般常见的倾斜设备是 5 镜头相机，其由“1+4”组成，其中“1”是指一个垂直相机，“4”是指 4 个侧视相第一作者简介：申小兵（1992-），男，助理工程师。研究方向为测绘地理信息、国土空间规划、不动产测绘、工程测量以及航测遥感。*通信作者：季晓菲（1986-），女，工程硕士，讲师。研究方向为摄影测量与遥感。摘要：针对传统地籍测绘外业工作强度大、周期长、成本高的问题，该文提出采用无人机搭载倾斜 5 镜头进行影像数据采集，采用瞰景 Smart3D 软件进行空三加密解算及像控点转刺平差，利用 Context Capture CenterD 软件生产三维模型，并基于三维模型进行地籍测绘的作业方案。以实际生产项目为例，利用外业采集的特征检查点和丈量的界址线长度，对本次生产的地籍图成果精度进行检测。结果表明，基于倾斜摄影测量技术生产的地籍成果，其界址点精度和边长精度均符合地籍测绘精度二级要求，可以为农村地籍测绘带来借鉴。关键词：倾斜摄影；地籍测绘；无人机；实景三维模型；农村测绘中图分类号院P231文献标志码院A文章编号院2095-2945渊2023冤25-0179-04Abstract:Aiming at the problems of high intensity,long period and high cost in the field work of traditional cadastralsurveying and mapping,this paper proposes to use UAV with tilt 5 lenses to collect image data,use aerial view Smart3D softwareto solve the three-dimensional encryption and image control points to thorn adjustment,use Context Capture CenterD software toproduce three-dimensional model,and carry out cadastral surveying and mapping based on three-dimensional model.Taking theactual production project as an example,the accuracy of the cadastral map is tested by using the characteristic checkpointscollected by the field and the length of the measured boundary line.The results show that the accuracy of boundary point andside length of the cadastral achievements based on tilt photogrammetry technology meet the second-class requirements of cadastralsurveying and mapping accuracy,which can be used as a reference for rural cadastral surveying and mapping.Keywords:oblique photography;cadastral mapping;UAV;realistic 3D model;rural surveying and mappingDOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.25.044179-2023 年 25 期技术 窑 应用科技创新与应用Technology Innovation and Application机。在拍照时，5 个相机同时曝光，下视相机垂直获取地面物体顶部信息，侧视相机则获取被摄物体的侧面纹理信息。这样获取得到的同一地物信息更加丰富，角度更加多，从而可以得到更加有用的信息。在数据解算环境下，空三解算精度和影像的分辨率呈正相关。分辨率越高，则数据解算精度越高。结合 5 镜头相机之间的夹角和相似三角形关系可知，要使 5 镜头获取的影像分辨率一致，则要更改侧视相机的焦距，通常下视焦距为 35 mm 时，侧视相机焦距为 50 mm，这样做可以保证后期数据解算精度较高。2基于倾斜摄影的地籍测绘流程无人机倾斜摄影测量在地籍测绘中的作业流程主要分为外业数据采集、内业数据处理和指界确认，具体的作业流程如图 1 所示。图 1基于倾斜摄影的地籍测绘流程3案例分析本次项目位于天水市太京镇某农村，任务区范围内约有住户 100 户，宗地分散较为密集。本次项目工期紧、任务重，采用传统方式无法按时高质量完成本次任务。鉴于此，在分析了倾斜摄影测量技术后，提出采用倾斜摄影的方式进行地籍测绘，并基于实景三维模型，完成宗地的指界工作。3.1测区勘察和已有资料收集对测区进行勘察后得知，本次任务区平均海拔1 500 m，高差在 50 m 之内，已有现势性为 2020 年的0.2 m 分辨率的影像，可以作为底图，方便外业实际作业人员对像控点布设和测量的路线进行规划；已有“三权”数据，可以作为补充材料为本次使用。3.2像控点布设与测量首先将范围线导入 LSV 软件中，按照 300 m 的间隔均匀布设像控点，并将布设好的像控点进行统一编号，然后套合收集到的 0.2 m 分辨率的正射影像进行输出。在现场进行点位喷涂时，要求点位四周空旷，不被遮挡，从而保证在后期转刺像控点时，有足够多的照片符合转刺要求。在进行像控点坐标测量时，首先设置手簿中的中央子午线和转换参数等，在确保设置的参数无误后，完成像控点坐标值的测量。在测量时，每个点采集 3 次，且较差均小于 1 cm 时，取 3 次的测量平均值作为该点最后对应的坐标值。在采集时，要求气泡居中，卫星数量足够多，解算状态为“固定解”时进行多次平滑采集。在测量坐标时，对现场照片进行了拍摄，为内业像控点的转刺提供依据。3.3航线规划和影像数据采集为了提升三维模型的精度，本次在确保航飞高度安全时，尽可能降低飞机飞行高度，从而得到高分辨率的影像。本次航线规划，设置的影像地面采样分辨率为1.5 cm，航向和旁向的重叠度均为 85%，航向外扩 2 条基线长度，旁向各外扩 1 条航线，完成航线规划后，将其导出并上传给飞控。将无人机现场组装，接通电源，确保起飞条件安全时，完成无人机的起飞与影像数据的采集。本次作业飞行一架次，获得影像 8 500 张，随机查看影像表征质量，亮度适中，对比度良好，地物分辨率高，可以满足本次项目数据的生产。3.4空中三角测量解算本次数据解算选用瞰景 Smart3D 软件，首先加载影像数据和 POS 数据，并将相机的内方位元素输入到软件中，检查影像和 POS 数据的完整性以及对应性，在确保输入数据无误后，提交空中三角测量任务，开启引擎，设置任务队列路径，完成影像数据的计算。将外业采集的像控点导入软件中，对实际点位位于影像中间部分的点进行全部转刺，然后提交空三任务，带着像控点对空三成果进行优化，得到像控点对应的坐标系下的成果。查看空三报告，所有像控点精度都满足目前的规范要求。将优化后的空三成果输出，输出格式选择可交换格式 xml，设置输出坐标系统以及勾选加密点，勾选导出未畸变照片，完成空三成果数据的输出，本次空三加密成果如图 2 所示。180-技术 窑 应用科技创新与应用Technology Innovation and Application2023 年 25 期图 2空中三角测量解算成果3.5实景三维模型生产对多款主流建模软件进行对比分析5，本次三维模型数据的生产选用 Context Capture CenterD 软件，该软件生产的三维模型精细度高。首先设置空间框架坐标系和像控点坐标系一致，然后导入建模范围线，设置模型切块大小以及切块方式。本次设置的空间框架坐标系为高斯-克吕格 3 度投影，中央子午线 105毅。切块瓦片大小为 120 m伊120 m，模型输出分辨率按照原始影像对应的分辨率输出，成果格式选择 OSGB，提交任务，开启引擎，完成三维模型的生产，部分模型如图 3 所示。图 3实景三维模型3.6地籍测绘本次地籍测绘选用 EPS 软件，将模型加载到该软件中，基于模型对房屋和宗地进行采集。在模型严重拉花，无法准确采集某个界址点的情况下，可基于交汇于一点的方式，对无法采集的点进行交汇。如果多点无法采集，可借助虚拟立体像对，基于空三成果，对无法准确采集的界址点进行采集。地籍测绘完成后，将成果输出并引入 CASS 软件中，按照地籍成果的要求，完成地籍图的制作与整饰等相关工作。4精度评定本次利用全站仪采集的 35 个点检测地籍成果上对应的界址点精度，用钢尺丈量的 15 条边检测界址线距离精度，部分检测统计结果见表 1 和表 2。表 1界址点精度检测统计表表 2界址线精度检测统计表利用高精度中误差计算公式，对本次检测点的精度进行计算，得到界址点平面中误差为依7.8 cm，对 15条边长取较差的平均值作为本次界址线距离精度的统计，得到 15 条边长的平均较差为依12.5 cm。按照现有的地籍测绘精度要求6，由表 3 可知，本次生产的地籍成果，其界址点精度和界址线距离精度均可以满足地籍测绘二级精度要求，可作为一种新的方式用于农村地籍测绘。5基于模型指界确权传统的指界确权，都必须到实地进行，这为项目的开展增加了开支。实景三维模型，将实际场景呈现到电脑端，通过电脑将实际情况还原出来，这为指界确权提供了便利。在指界的时候，村民可以集中到村委会，在众人监督的情况下完成指界确权，并且对于存在纠纷的界限，村长以及村民可以协调，从而顺利、快速、准确地完成指界确权工作。通过将实景三维模型和地籍成果进行比对，可以快速查找漏测的房屋，从而降低了地籍补测成本，为高质量的地籍测绘提供了保障。检测点号较差 DX较差 DY较差 DS备注JC014.13.85.6砖墙角点JC025.16.78.4土墙角点JC037.88.111.2土墙角点JC334.15.77.0砖墙角点JC346.13.87.2砖墙角点JC357.29.49.4土墙拐点渊下转 185 页冤cm边长编号边长较差/cm边长编号边长较差/cmBC0110.9BC0911.5BC027.8BC1017.8BC0312.3BC118.7BC0414.1BC1210.9BC0515.5BC1314.1BC069.7BC1415.3BC0712.5BC1512.5BC0814.3181-技术 窑 应用科技创新与应用Technology Innovation and Application2023 年 25 期6结束语本文探讨了倾斜摄影测量技术在农村地籍测绘中的应用，并以实际项目为例，对地籍成果精度进行了检测。由检测结果可知，采用倾斜摄影方式生产的地籍图，其精度可以满足地籍测绘二级精度要求，并且基于实景三维模型，可以将村民集中起来，进行指界确权，提升了作业效率和指界确权的准确性，具有一定的参考意义。参考文献院1 万丽娟.无人机倾斜摄影测量技术在农村房地一体测绘中的应用研究J.工程建设与设计，2022（12）：140-142.2 贾秋英.无人机倾斜摄影测量技术在地籍测绘项目中的应用J.科学技术创新，2021（19）：35-36.3 赵喜春.倾斜摄影测量技术在地籍测绘领域应用探讨J.测绘与空间地理信息，2021，44（6）：172-174.4 魏军，于洪雨，靳巧珠，等.无人机倾斜摄影技术在农村房地一体确权登记项目中的应用研究J.测绘与空间地理信息，2023，46（2）：60-63.5 张懂庆，魏军，王萍.三种倾斜摄影建模软件对比分析J.测绘技术装备，2022，24（3）：114-119.6 周攀.无人机倾斜摄影不同像控点密度对地籍成果精度的影响J.自动化应用，2022（10）：107-109，113.界址点的等级 界址点相对于邻近控制点点位误差和相邻界址点间的间距误差限制 限差 中误差 一 0.10 0.05 二 0.20 0.10 三 0.30 0.15 表 3界址点不同等级精度规定表企业对更先进的泄漏监测技术的客观需要，本文认为未来的发展趋势主要体现在以下几个方面。1）融合多种技术路线的优点，采用软硬件深度结合的形式开展泄漏在线监测。软件层面主要是进一步完善计算模型，充分利用人工智能、云计算、虚拟仿真及物联网等技术开发出泄漏识别与判定的合理算法，提升各类性能指标；硬件层面主要是向非介入式安装方向发展，提高数据采集设备的精度，降低企业运行维护成本。2）结合企业数字化转型的背景，运用大数据技术挖掘、分析海量异常工况数据中的有效信息，建立管道泄漏异常工况特征数据库，实现实时监测与结果在线比对，进一步降低误报率和漏报率。3）加强对不同工况下泄漏机理、特征和降噪技术的研究，提高异常工况识别能力，大幅减少噪声干扰，提升泄漏点定位精度。4）将泄漏监测系统集成到现有的 SCADA 系统中，充分利用 SCADA 系统的数据及功能，实现数据资源的整合与共享，进一步提高泄漏监测的灵敏度与准确度。参考文献院1 赵振学，朱海龙，袁婧，等.国家成品油管网独立运营分析及策略研究J.国际石油经济，2021，29（6）：87-93.2 王宇，张旭，王朝金.中国油气管道发展浅析J.化工矿产地质，2022，44（4）：342-349.3 王连勇，李艳梅，田杰，等.负压波泄漏监测系统在长输管道上的应用J.安全、健康和环境，2014，14（7）：12-13.4 秦程，任亮，王嘉健，等.基于 LabVIEW 的管道泄漏监测与定位系统J.电子测量技术，2021，44（13）：23-30.5 曹杰锋，刘海鹏，周嘉琦，等.基于 LMD-STA/LTA 模型的油气管道泄漏检测方法J.世界石油工业，2022，29（4）：71-76.6 刘小多.次声波检测技术在长输油管道的应用研究D.抚顺：辽宁石油化工大学，2020.7 王振，王永强，王燕辉，等.长输油气管道泄漏监测预警技术分析及展望J.工业安全与环保，2018，44（5）：79-81.8 李健，陈世利，黄新敬，等.长输油气管道泄漏监测与准实时检测技术综述J.仪器仪表学报，2016，37（8）：1747-1760.9 XU D,SHEN G D,JIANG J C,et al.Leak detection andlocation in liquid pipelines by analyzing the first transientpressure wave with unsteady friction J.Journal of Loss Pre原vention in the Process Industries,2019（60）:303-310.渊上接 181 页冤m185-