无人机倾斜摄影测量技术在农村不动产确权登记中的应用_项翩.pdf

第 46 卷 第 1 期2023 年 1 月测绘与空间地理信息GEOMATICS&SPATIAL INFORMATION TECHNOLOGYVol.46,No.1Jan.,2023收稿日期:2021-11-24作者简介:项 翩(1990-),女,浙江杭州人,工程师,注册测绘师,学士,主要从事测绘与地理信息系统应用研究方面的工作。无人机倾斜摄影测量技术在农村不动产确权登记中的应用项 翩(浙江天图地理信息科技有限公司,浙江 杭州 310000)摘要:将倾斜摄影技术应用于房地一体不动产确权登记,通过无人机倾斜摄影技术建立实景三维模型,基于三维模型开展权籍调查和不动产测量工作。经检核,较传统地籍测量方法效率提升的同时,也满足了农村房地一体测绘工作的精度要求,证明该技术路线可以应用于农村不动产权籍调查工作。关键词:无人机倾斜摄影;实景三维模型;农村不动产权籍调查中图分类号:P231 文献标识码:A 文章编号:1672-5867(2023)01-0205-03Application of UAV Tilt Photogrammetric Technology in Rural Real Estate RegistrationXIANG Pian(Zhejiang Tiantu Geographic Information Technology Co.,Ltd.,Hangzhou 310000,China)Abstract:Abstract:This paper proposes to apply tilt photogrammetric technology to real estate registration,establishes real scene 3d models by UAV tilt photogrammetric technology,and carries out ownership survey and real estate survey based on the 3d models.Compared with the traditional cadastral surveying method,the efficiency of cadastral surveying method is improved,and the accuracy of surveying and mapping of rural real estate meet the requirements.It is proved that the technical route can be applied to the survey of rural real estate ownership investigation.Key words:UAV tilt photography;real scene 3d models;rural real estate ownership investigation0 引 言为进一步规范农村宅基地管理,保护农民合法财产权益,推进农村不动产统一登记工作,各地自然资源和规划局正广泛组织开展农村不动产权籍调查工作,建设房地一体的农村不动产权籍调查数据库。近年来,国内学者针对倾斜摄影测量技术进行了广泛的研究。郭岚等将无人机倾斜摄影测量技术应用于土方测量,获取了高精度的地形数据,满足后期构网要求的同时保留了更多实地数据的细节1;褚杰等基于无人机倾斜摄影测量实现城市三维建模及三维数据更新2;丁鸽等探索了无人机倾斜摄影测量技术在超高层建筑竣工测量中的应用,可以高效地获取竣工测量所需的成果,能够满足竣工测量精度要求3;杨亚彬等将无人机倾斜摄影测量技术应用于不动产更新测绘,试验表明,该技术不仅能够满足不动产数据更新、登记的要求,还能够加快基础地理信息数据的获取和更新,为国土空间规划、不动产登记等自然资源管理及城市现代化建设等行业提供基础数据,应用前景非常广阔4。由于农村建筑密集、通视条件差且作业人员入户测量困难,传统测绘方法在农村房地一体测绘中工作效率较低。倾斜摄影测量技术有助于快速获取农村不动产权籍调查的工作底图,进而获取和展示相关界址点、界址线等信息,不仅可以直观地反映工作区的地形、地貌和权籍信息,更能够方便快速地进行测绘和量算工作5。本文利用 ContextCapture Center(以下简称 CC)软件进行三维模型构建,以山东省山亭区店子镇罗营村为例构建模型,在三维模型的基础上进行房产数据采集,同时采用传统测量方式采集数据,进行精度对比分析。结果表明,无人机倾斜摄影测量技术可以满足 1 500 农房一体不动产测绘精度要求。1 项目概况测区位于山东省山亭区店子镇罗营村。罗营村位于泰沂山脉西南麓,莲青山脚下,枣庄、临沂、济宁三市交界地带,属砂石丘陵山区。测区面积约为 0.47 km2,东西长约 400 m,南北长约 800 m,地形相对平坦,无高山和丘陵。房屋大多为 2 层,高层建筑物较少,房屋分布较密集。2 主要流程及关键技术在农村房地一体测绘工作中,无人机倾斜摄影技术通常被分为测绘数据采集、测绘数据与处理、数据生产 3个重要阶段6。2.1 数据采集在实际测绘数据采集期间,要在测区内部布设充足密度的像片控制点,并测绘像片控制点的坐标。像控点应布设在平坦易判读的地方,用油漆喷射“L”形标志,测量外角。按照 100 m 左右间隔均匀布设平高点,不宜超过150 m,在确保模型精度的情况下根据村庄现场情况确定像控点布设数量。此次共布设 17 个像控点,5 个检查点。像控点测量采用基于山东 CORS 系统的网络 RTK 技术,每个像控点测量 2 次,每次观测不应少于 30 个历元。每次观测应重新进行初始化,时间间隔不小于 1 min。多次观测的平面坐标分量较差应小于 2 cm,垂直坐标分量较差应小于 3 cm,取多次测量结果的平均值作为像控点最终观测结果。同时尽量联测测区内已有的高等级控制点以提高成果的可靠性。本次试验,通过大疆经纬 M600PRO 内置专业级 A3飞行控制系统,采用乐泰 C-5 五镜头倾斜摄影相机,航向重叠度设置为 80%,旁向重叠度设置为 76%,按已经布设好的航飞线路进行低空飞行。大疆经纬 M600PRO 可获取高精度 POS 数据,实现 1500 测图精度;可搭载正射模块、倾斜摄影模块等载荷,实现一机多用。在采集农村各房地一体不动产单元的摄影数据的同时,能够精准获取具有一定重叠度的航摄单片影像。2.2 测绘数据预处理将获取的影像数据、POS 数据、像控点数据导入预处理软件中,检查航摄作业的飞行质量以及所拍摄影像质量,如实际影像重叠度、像片倾角和旋角、航线弯曲度,摄区覆盖范围、影像的清晰度、像点位移等。如果影像重叠度或者影像质量不满足内业规范和作业任务要求,则应根据实际情况重新拟订飞行计划对局部区域补飞或重飞。2.3 构建有效的三维模型拟采用倾斜摄影自动化建模技术,使用 CC 集群式处理系统,利用最新获取的倾斜航空摄影影像,通过数字摄影测量技术,经过空三加密解算、区域网联合平差、多视影像匹配等工作,通过软件自动生产符合精度要求的三维模型,自动从多角度影像中筛选出最适合的影像作为纹理,对三维模型进行纹理贴图,从而获得 OSGB 格式实景三维模型成果,最后从实景三维模型中提取数字正射影像成果,技术路线如图 1 所示。图 1 三维建模流程图Fig.1 The flow chart of 3d modeling此次试验共飞行 1 h 50 min,共获取 9 055 幅影像,剔除掉 100 幅无用影像,共 8 955 幅影像。采用 CC 软件进行三维建模,建模流程主要包括数据准备与导入、数据检查、提交空三、空三质量检查、三维建模等。在空三加密量刺像控点环节,对每个像控点量取不同角度相机拍摄 5 张以上照片,且点位在照片上要清晰。量测完 22 个像控点后,空三平差后连接点重投影中误差为 1.008 像素,像控点重投影误差最大为 1.36 像素,最小为 0.57 像素。在输出三维模型时,用村庄范围线进行裁剪输出,只输出村庄聚集部分,三维模型共生产 160 个瓦片,内业生产模型使用 3 台专业图形工作站,采用集群模式进行生产,共花费约 80 h,其中 2 次空三加密花费 30 h,模型生产花费 48 h,模型格式采用 OSGB 格式。2.4 大比例尺测图本项目采用 CASS3D 测图软件进行立体测图,在测图软件中导入建好的三维模型,由作业人员进行矢量数据的采集和编辑,主要采集界址点、界址线、居民地、道路、水系、植被等地形要素,从而生成 1500 的地籍图数据。3 精度检测3.1 模型精细度精准选取控制点和检核点。在测区内部,根据具体的地形科学合理地埋设相应数量像片控制点 22 个,采用GPS RTK 来精准获取控制点的三维坐标。结合房屋分布的具体情况,有效选择控制点 17 个(见表 1),其他 5 个控制点用于检测三维模型精度的可靠性。控制点的平面中误差为 7.9 cm,高程中误差为 13.1 cm,最大平面残差为11.3 cm,最大高程残差为 18.0 m;检查点的平面中误差为 10.1 cm,高程中误差为 30.2 cm,最大平面残差为22.4 cm,最大高程残差为 30.7 cm。满足影像的地面分辨率应优于 0.012 m,个别地形起伏落差较大区域优于0.015 m 的要求。部分房屋门斗、阳台存在拉花扭曲现象,有少量地物表达不全。总体来说影像清晰,反差适中,颜色饱和,色彩鲜明,色调一致。有较丰富的层次、能辨别与地面分辨率相适应的细小地物影像,满足外业全要素精确调绘和室内判读的要求。602 测绘与空间地理信息 2023 年表 1 像控点误差(部分)Tab.1 Control points errors(partial)名称类别精度(m)已校准的影像数重投影误差 RMS(像素)与光线的距离的 RMS(m)三维误差(m)水平误差(m)垂直误差(m)1三维水平:0.01;垂直:0.01012(12 marked photos)0.940.0180 30.005 56X:0.005 1;Y:0.001 750.001 372三维水平:0.01;垂直:0.01011(11 marked photos)1.910.025 310.028 64X:-0.014 75;Y:-0.002 85-0.020 923三维水平:0.01;垂直:0.01021(21 marked photos)1.020.017 010.012 62X:-0.004 11;Y:-0.008 330.008 554三维水平:0.01;垂直:0.01017(17 marked photos)1.040.020 740.009 92X:-0.007 63;Y:-0.006 32-0.000 465三维水平:0.01;垂直:0.01013(13 marked photos)1.470.024 930.022 88X:-0.007 88;Y:0.011 780.017 9717三维水平:0.01;垂直:0.0108(8 marked photos)1.390.015 10.016 74X:-0.009;Y:0.012 15-0.007 17整体 RMS1.760.025 110.019 42X:0.006 17;Y:0.005 030.013 063.2 检验数据成果精准度为了检验本测区房屋采集平面精度,采用全野外实测的方式对房屋界址点进行精度检核。在模型上采集同名地物点的坐标,与实地检测的同名点计算坐标差,平面中误差计算如下:M中=P2nP=(x测-x图)2+(y测-y图)2式中,M中为平面点位中误差;n 为样本抽取数量;x测、y测为检测点的 x、y 坐标值值;x图、y图为模型对应点的 x,y坐标值。本次共检核 39 个房角点,平面精度统计见表 2。为了直观显示中误差分布情况,建立图 2。经统计,房角点平面最大误差为 0.050 m,最小误差为 0 m,平面中误差为0.031 m。其中,平面小于 1 倍中误差的点有 22 个,占比56%;大于 1 倍且小于 2 倍的中误差的点有 17 个,占比44%。且检核点坐标较差均小于地籍调查规程对界址点相对于邻近控制点点位误差小于 5 cm 的规定(见表3),达到一级界址点精度要求。表 2 房角点平面中误差(单位:m)Tab.2 Horizontal errors of the corner points(unit:m)序号检核点类型XYLL21房角点-0.014 0.033 0.036 0.001 285 2房角点0.009-0.007 0.011 0.000 130 3房角点0.027 0.035 0.044 0.001 954 4房角点-0.021 0.021 0.030 0.000 886 5房角点0.017-0.026 0.031 0.000 965 6房角点-0.014-0.019 0.024 0.000 557 39房角点-0.032-0.005 0.032 0.001 049 图 2 房角点平面误差折线图Fig.2 The line diagram of the corner point errors表 3 解析界址点精度要求(单位:cm)Tab.3 Accuracy requirement of boundary points(unit:cm)级别中误差允许误差一5.010.0二7.515.0 注:土地使用权明显界址点精度不低于一级,隐蔽界址点精度不低于二级。3.3 房屋边长精度分析为检核模型采集房屋边长精度,采用手持测距仪对房屋边长进行实地丈量,共丈量 73 条房屋边长,根据影像构建三维模型与外业采集的数据进行对比分析,最大误差为 0.3 m,最小误差为 0.012 m,大于 0.05 m 且小于0.1 m 的边长有 4 条,占比 5.5%;大于等于 0.1 m 的边长有 1 条,占比 1.4%;小于 0.05 m 的边长有 68 条,占比93.1%;特征边中误差为 4.9 cm,排除一个超限的粗差点,均较好地满足了农村房地一体测绘精度要求。4 结束语本文基于倾斜摄影技术,使用 ContextCapture 数据处(下转第 210 页)702第 1 期项 翩:无人机倾斜摄影测量技术在农村不动产确权登记中的应用表 4 C 级 GNSS 大地控制网点空间坐标 精度统计(单位:mm)Tab.4 Accuracy statistics of spatial coordinates of grade C GNSS geodetic control network(unit:mm)统计项XrmsYrmsZrmsNrmsErmsUrms最小值1.11.61.40.60.52.3最大值8.914.111.52.32.819.9平均值2.74.23.51.21.25.9表 5 C 级 GNSS 大地控制网点基线精度统计表Tab.5 Baseline accuracy statistics of class C GNSS geodetic control network名称 dN(mm)dE(mm)dU(mm)dS(mm)基线相对中误差最小值0.70.62.80.79.4410-9最大值2.93.222.03.15.4010-6平均值1.71.78.61.71.2110-7 注:N 为南北方向,E 为东西方向,U 为垂直方向。采用同样的策略,下载 SP3 精密星历(ITRF93 框架)解算数据,以获取相应历元下的三维坐标(方法二)。采用上述框架历元转换方法转换至 CGCS2000 下坐标,与方法一获取的三维坐标进行较差分析,同时计算残差中误差 mx、my、mz。对比结果如图 1 所示。图 1 坐标较差对比Fig.1 Comparison of coordinate difference从图 1 中可以看出,通过上述框架历元转换方法获取的三维坐标较差,x 最大值为 1.50 cm,y 最大值为1.49 cm,z 最大值为-2.03 cm;较差中误差分别为 0.77、0.87、1.36 cm。采用上述转换方法可以达到毫米级转换精度,完全能够满足大部分精密测量任务;可以采用历元框架转换方法获取高精度的 CGCS2000 成果。3 结束语随着 2000 国家大地坐标系的普遍使用,不同坐标框架下的成果需要转换到 CGCS2000 坐标系下,尤其对于城市高等级控制点成果,精度要求较高,利用传统的七参数转换方法精度不能满足要求,这就需要理清测绘成果来源,采用框架历元转换法进行转换。对于框架转换,可以使用 IERS 网站公布的 7 个转换参数和 7 个转换参数速率进行转换;对于同一框架下不同历元的转换可通过中国大陆速度场模型计算。通过实际验证,历元转换对坐标分量的影响比框架的影响更大,因而速度场模型高低直接影响坐标转换的精度。本文采用中国大陆 3 3格网平均值法,对青岛地区 54 个 C 级GNSS 控制点进行了转换验证,精度良好,为获取高精度的 CGCS2000 坐标成果提供了借鉴。参考文献:1 成英燕,程鹏飞,秘金钟,等.基于现框架下的省市级CORS 站到 CGCS2000 的转换J.测绘通报,2011(7):1-3,14.2 杜向锋,张兴福,李智强.精密单点定位技术在控制测量中的应用J.工程勘察,2015,43(2):75-78.3 崔家武,张兴福,王峰,等.GNSS 精密单点定位成果的框架与历元转换方法J.大地测量与地球动力学,2018,38(2):172-175,186.4 林晓静,张小红,郭斐.ITRF2005 与 CGCS2000 坐标转换方法与精度分析J.大地测量与地球动力学,2010,30(2):117-119,124.5 彭小强,高井祥,王坚.WGS84 和 CGCS2000 坐标转换研究J.大地测量与地球动力学,2015,35(2):219-221.6 刘立,成英燕.ITRF 框架的相互转化J.大地测量与地球动力学,2010,30(2):141-143,147.7 王智,陈鹏,孙晓丽,等.ITRF2014 至 CGCS2000 坐标转换方法研究及精度分析 J.城市勘测,2020(2):119-122.编辑:任亚茹(上接第 207 页)理平台,建立了三维摄影模型,并基于模型进行 1 500 比例尺地形图绘制,提取宗地界址点、线等信息,为开展农村不动产权籍调查工作打下基础。实践证明,应用无人机倾斜摄影技术,在全面提升测绘作业效率的同时,还能达到提升房地一体测绘精确性和科学性的目的,为农村房地一体测绘技术人员高效工作提供更加严谨的参考数据。同时,在工作中也发现该技术路线存在一些缺陷,如在建筑物密集区,因植被的遮挡而造成底部变形较大;阳台径深采集误差较大;路灯、电力线等截面过小地物,特征点匹配较少而造成模型缺失;水体等光滑表面缺少纹理特征,无法匹配特征点而产生模型漏洞等,今后可研究将地面三维激光扫描数据与倾斜摄影数据相融合,修补与完善三维模型。参考文献:1 郭岚,王磊.基于无人机倾斜摄影测量的土方量测算技术J.测绘标准化,2020,36(1):50-53.2 褚杰,盛一楠.无人机倾斜摄影测量技术在城市三维建模及三维数据更新中的应用J.测绘通报,2017(S1):130-135.3 丁鸽,彭健,焦明东,等.无人机倾斜摄影测量技术在超高层建筑竣工测量中的应用J.测绘地理信息,2019,44(3):62-64.(下转第 214 页)012 测绘与空间地理信息 2023 年图 3 三维模型矢量测图-围墙拐点精度对比示意图Fig.3 Comparison of accuracy of 3d model vector mapping and wall inflection point 1)实测试验区内 10 个明显地物点作为检查点,统计点位误差见表 1。2)选取试验区内 10 条房屋边长,统计中误差见表 2。通过以上数据分析,基于倾斜数据生成的地形图数据点位中误差、间距中误差均满足地籍测量精度要求,因此,基于无人机倾斜摄影技术的地籍测量方法,完全满足农村不动产登记工作的要求。表 1 检查点误差统计表Tab.1 Statistical table of checkpoint errors界址点号平面坐标 X(m)平面坐标 Y(m)检查点号平面坐标 X(m)平面坐标 Y(m)平面误差(m)JZ1448.656 0129.274ZC11448.636 5129.309 10.04JZ2400.382 0128.578ZC12400.367 0128.623 50.05JZ3392.260 0175.137ZC13392.283 2175.099 50.04JZ4394.221 0177.29ZC14394.247 4177.257 50.04JZ5381.991 0169.558ZC15382.003 3169.513 40.05JZ6338.020 0181.322ZC16337.994 5181.293 30.04JZ7314.163 1201.352ZC17314.129 8201.330 20.04JZ8401.569 0208.405ZC18401.591 9208.369 00.04JZ9396.293 8252.843ZC19396.324 2252.819 40.04JZ10451.864 0308.374ZC20451.902 1308.377 10.04中误差允许值:5 cm统计中误差值:4 cm表 2 间距中误差统计表Tab.2 Statistical table of errors in spacing序号要素类型图上量取(m)实地钢尺量距(m)差值(m)1房角-房角5.145.160.022房角-房角6.826.78-0.043房角-房角15.2015.17-0.034房角-房角8.928.88-0.045房角-房角7.647.666房角-房角6.536.51-0.027房角-房角4.564.590.038房角-房角7.957.92-0.039房角-房角12.3312.360.0310房角-房角7.887.85-0.03中误差允许值:10 cm统计中误差值:3 cm5 结束语地籍测量是不动产确权登记发证工作的关键,本文充分地分析已有的测量方法的优劣,在常规测量方法的基础上,提出一种基于无人机倾斜摄影技术获取地籍、房屋测量数据的方法,并系统地阐述其基本原理和技术流程;本文将无人机倾斜摄影技术用于某试验区不动产测量项目,试验结果表明:该方法不仅精度完全满足要求,而且提高了工作效率,对实现农村不动产快速测量工作具有一定的指导意义。参考文献:1 胡志刚.RTK 技术在地籍测量中的应用基础J.世界有色金属,2017(4):156-158.2 姜友谊.基于遥感影像的农村宅基地地籍测量方法研究J.测绘通报,2013(2):31-33.3 宋化清,李芳林,邵龙.三维激光扫描技术在泾阳县农村宅基地调查中应用分析J.测绘技术装备,2014,16(2):43-46.4 朱琳.GNSS 系统时差单站和多站联合监测方法研究D.北 京:中 国 科 学 院 研 究 生 院(国 家 授 时 中心),2013.5 周杰.倾斜摄影测量在实景三维建模中的关键技术研究D.昆明:昆明理工大学,2017.6 史庆通,李吉英.VR 实景沉浸式校园漫游系统的设计与实现J.测绘与空间地理信息,2019,42(10):93-95.7 杨德芳,韩建平,杨晓英.倾斜摄影测量技术在藏区大比例尺基础地理信息数据生产中的应用J.测绘与空间地理信息,2018,41(11):177-180.8 张建柱.基于 Skyline 的 Web 三维 GIS 开发与实现D.昆明:昆明理工大学,2017.9 刘洋.无人机倾斜摄影测量影像处理与三维建模的研究D.南昌:东华理工大学,2016.编辑:张 曦(上接第 210 页)4 杨亚彬,谢思梅,谢荣安.无人机倾斜摄影测量技术在不动产更新测绘中的应用 J.测绘通报,2020(7):108-111.5 丁伟.倾斜摄影测量技术应用于农村不动产权籍调查J.工程勘察,2020,48(12):58-62.6 刘旭.无人机倾斜摄影测量在农村不动产权籍调查中的应用J.测绘与空间地理信息,2021,44(1):200-203.编辑:任亚茹412 测绘与空间地理信息 2023 年