CN111322994B - 基于无人机倾斜摄影的房屋密集区大比例尺地籍测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出基于无人机倾斜摄影的房屋密集区大比例尺地籍测量方法，包括以下步骤；步骤A1、布设图根导线像控点，并预设无人机航拍方案；步骤A2、无人机按航拍方案飞行并对测区进行高精度拍摄，获取房屋密集区的影像数据；步骤A3、对影像数据进行预处理，并以Smart3D Capture软件建立高精度的实景三维模型；步骤A4、把实景三维模型导入图库一体化平台，对房屋密集区内各宗土地的地籍特征、地形特征进行识别，生成与房屋密集区内各宗土地相关联的测量数据；以测量数据生成地籍图；步骤A5、在外业检核中，通过GPS‑RTK结合全站仪、手持激光测距仪检核地籍图精度，对地籍图图面进行整饰；本发明具备方法简单、易于实施、作业效率高、能满足精度要求的优点。
Description
技术领域
本发明涉及地理勘测技术领域，尤其是基于无人机倾斜摄影的房屋密集区大比例尺地籍测量方法。
背景技术
地籍测量是在权属调查的基础上运用测绘技术测定土地及其附着物的权属界线、位置、形状和利用状况等，为地籍房屋调查、不动产确权登记发证、土地管理、国土资源信息化服务提供数据基础的一项技术。随着我国乡村城镇化的快速发展，在城乡交界处存在大量的房屋密集区。房屋密集区具有建筑间距小、楼层高、通视条件差、卫星定位困难等特点。房屋密集区大比例尺地籍测量一直是地籍测量中的难题。
目前，房屋密集区地籍测量方法主要包括常规GPS-RTK结合全站仪测量、航空摄影测量和三维激光扫描三种方法，第一种方法虽然对房屋密集区可以进行大比例尺地籍测量，但是需要布设大量图根导线点，施测难度大、作业效率低；第二种方法虽然可以快速获取房屋密集区DOM（数字正射影像图），但无法获得建筑物结构和分层信息，需大量的外业调绘工作且容易影像解译精度等影响导致其精度不高；第三种方法虽然能够非接触快速获取房屋密集区高精度点云数据，但其单站测量范围小，需多次搬站才能完成测量工作而且点云数据处理工作量大、难度高。因此，房屋密集区大比例尺地籍测量需要一种简单、高效、满足精度要求的测量技术。
发明内容
本发明提出基于无人机倾斜摄影的房屋密集区大比例尺地籍测量方法，具备方法简单、易于实施、作业效率高、能满足精度要求的优点。
本发明采用以下技术方案。
基于无人机倾斜摄影的房屋密集区大比例尺地籍测量方法，所述测量方法包括以下步骤；
步骤A1、根据房屋密集区所在测区的资料，现场踏勘并布设图根导线像控点，并预设无人机航拍方案；
步骤A2、根据航拍方案设置无人机航拍时的倾斜摄影参数，无人机按航拍方案飞行，并按倾斜摄影参数调整无人机携带的拍摄云台的倾角，在航线上对测区进行高精度拍摄，获取房屋密集区的影像数据；
步骤A3、对影像数据进行预处理，并以Smart3D Capture软件对预处理后的影像数据依次进行空三加密、建立三维像对、生成密集点云、构建三维TIN网的处理，建立高精度的实景三维模型；
步骤A4、把实景三维模型导入图库一体化平台，对房屋密集区内各宗土地的地籍特征、地形特征进行识别，生成与房屋密集区内各宗土地相关联的测量数据；以测量数据生成地籍图；
步骤A5、在外业检核中，通过GPS-RTK结合全站仪、手持激光测距仪检核地籍图精度，对地籍图图面进行整饰。
在步骤A1中，布设图根导线像控点时，沿房屋密集区的街坊布局布设并采用节点导线网式布设方式；
在步骤A1中，布设图根导线像控点时，在测区的空旷无电磁干扰区域，以静态GPS方式布设高等级控制点，并使高等级控制点在测区以几何图形分布形成测区的控制框架。
在步骤A1中，像控点用红色油漆标志点位中心，并确保点位标志在航拍距离上清晰可见；图根导线像控点施测完毕后采用清华山维 NASEW2000 软件进行平差计算，得出图根导线像控点的三维坐标值。
在步骤A2中，无人机航拍方案中，无人机进行数据采集时的航线呈“井”字形，无人机飞行高度为80m、航向重叠度80%、旁向重叠度70%、飞行速度6.6m/s；无人机航拍时间选取晴朗、能见度高、风力小的天气，在9:00-16:00时间段进行数据采集，以防止影像出现大面积的云雾、烟和反光缺陷。
在步骤A2中，倾斜摄影参数中，地面分辨率为0.022m、云台倾角为45°。
在步骤A3中，以skyscanner对影像数据进行预处理，预处理包括云光匀色、畸变改正；
在步骤A3的空三加密中，精度要求为像控点的平面中误差在0.05m以内，像控点的高程中误差在0.1m以内，像控点的平面最大误差不超过0.1m，像控点的高程最大误差不超过0.2m；
在步骤A3建立测区高精度实景三维模型时，以Smart3D Capture软件依次对影像数据进行像控点影像关联、空三平差处理、初始化建模区域、建立三维像对、生成像对点云、构建三维TIN网、TIN网优化、纹理匹配、输出三维模型成果的处理步骤。
在步骤A3中，像控点影像关联所使用的关联数据，包括对图根导线像控点进行平差计算所得出的图根导线像控点的三维坐标值；
在步骤A3中，三维TIN网构建后采用Smart3D Capture内置算法进行优化，所述优化处理中，对平坦表面的三角密度进行简化抽稀，对复杂表面三角网密度予以保留。
在步骤A4中，所述图库一体化平台为全数字采编一体化平台EPS；
在步骤A4中，对房屋密集区内各宗土地的地籍特征、地形特征进行识别时，识别方式包括人工识别，对人工无法识别地籍特征、地形特征的地块，则通过外业核查对该宗土地地块进行补测。
在步骤A5的外业检核中，通过GPS-RTK结合全站仪和手持激光测距仪分别检核房屋密集区地籍图解析界址点点位精度、地籍图间距精度是否满足国家地籍测量相关精度要求，以判定房屋密集区地籍图的精度是否满足使用标准。
在步骤A4中，对房屋密集区内各宗土地的地籍特征、地形特征进行识别时，还通过三维模型识别各宗土地上的建筑物层数、建筑物结构。
本发明的有益效果是：方法简单、作业效率高，在图根导线像控点布设完毕后只需简单对房屋密集区进行影像数据采集，内业处理除提取地籍要素外基本可以通过软件自动完成；精度高、成本低，基于倾斜摄影获取房屋密集区高精度影像建立的高精度三维模型，在高精度三维模型上提取地籍、地形要素不仅能够满足精度要求而且可以直接通过三维模型调绘调绘建筑物层数、结构等信息，减少外业调绘工作量；实现房屋密集区大比例尺地籍测量同时，兼具高效率、高精度、低成本效果。
以本发明所述方法，能够快速、高效生产出满足精度要求的房屋密集区大比例尺地籍图，加快地籍和房屋调查工作，建立地籍和房屋调查数据库满足不动产确权登记发证、土地管理、国土资源信息化服务项目的需要。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
附图1是本发明的流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，基于无人机倾斜摄影的房屋密集区大比例尺地籍测量方法，所述测量方法包括以下步骤；
步骤A1、根据房屋密集区所在测区的资料，现场踏勘并布设图根导线像控点，并预设无人机航拍方案；
步骤A2、根据航拍方案设置无人机航拍时的倾斜摄影参数，无人机按航拍方案飞行，并按倾斜摄影参数调整无人机携带的拍摄云台的倾角，在航线上对测区进行高精度拍摄，获取房屋密集区的影像数据；
步骤A3、对影像数据进行预处理，并以Smart3D Capture软件对预处理后的影像数据依次进行空三加密、建立三维像对、生成密集点云、构建三维TIN网的处理，建立高精度的实景三维模型；
步骤A4、把实景三维模型导入图库一体化平台，对房屋密集区内各宗土地的地籍特征、地形特征进行识别，生成与房屋密集区内各宗土地相关联的测量数据；以测量数据生成地籍图；
步骤A5、在外业检核中，通过GPS-RTK结合全站仪、手持激光测距仪检核地籍图精度，对地籍图图面进行整饰。
在步骤A1中，布设图根导线像控点时，沿房屋密集区的街坊布局布设并采用节点导线网式布设方式；
在步骤A1中，布设图根导线像控点时，在测区的空旷无电磁干扰区域，以静态GPS方式布设高等级控制点，并使高等级控制点在测区以几何图形分布形成测区的控制框架。
在步骤A1中，像控点用红色油漆标志点位中心，并确保点位标志在航拍距离上清晰可见；图根导线像控点施测完毕后采用清华山维 NASEW2000 软件进行平差计算，得出图根导线像控点的三维坐标值。
在步骤A2中，无人机航拍方案中，无人机进行数据采集时的航线呈“井”字形，无人机飞行高度为80m、航向重叠度80%、旁向重叠度70%、飞行速度6.6m/s；无人机航拍时间选取晴朗、能见度高、风力小的天气，在9:00-16:00时间段进行数据采集，以防止影像出现大面积的云雾、烟和反光缺陷。
在步骤A2中，倾斜摄影参数中，地面分辨率为0.022m、云台倾角为45°。
在步骤A3中，以skyscanner对影像数据进行预处理，预处理包括云光匀色、畸变改正；
在步骤A3的空三加密中，精度要求为像控点的平面中误差在0.05m以内，像控点的高程中误差在0.1m以内，像控点的平面最大误差不超过0.1m，像控点的高程最大误差不超过0.2m；
在步骤A3建立测区高精度实景三维模型时，以Smart3D Capture软件依次对影像数据进行像控点影像关联、空三平差处理、初始化建模区域、建立三维像对、生成像对点云、构建三维TIN网、TIN网优化、纹理匹配、输出三维模型成果的处理步骤。
在步骤A3中，像控点影像关联所使用的关联数据，包括对图根导线像控点进行平差计算所得出的图根导线像控点的三维坐标值；
在步骤A3中，三维TIN网构建后采用Smart3D Capture内置算法进行优化，所述优化处理中，对平坦表面的三角密度进行简化抽稀，对复杂表面三角网密度予以保留。
在步骤A4中，所述图库一体化平台为全数字采编一体化平台EPS；
在步骤A4中，对房屋密集区内各宗土地的地籍特征、地形特征进行识别时，识别方式包括人工识别，对人工无法识别地籍特征、地形特征的地块，则通过外业核查对该宗土地地块进行补测。
在步骤A5的外业检核中，通过GPS-RTK结合全站仪和手持激光测距仪分别检核房屋密集区地籍图解析界址点点位精度、地籍图间距精度是否满足国家地籍测量相关精度要求，以判定房屋密集区地籍图的精度是否满足使用标准。
在步骤A4中，对房屋密集区内各宗土地的地籍特征、地形特征进行识别时，还通过三维模型识别各宗土地上的建筑物层数、建筑物结构。
实施例：
福建省福清市某村于2019年10月启动农村地籍房屋调查工作，在完成土地权属调查后，需要对该村进行地籍测量。该村地籍子区面积为0.75平方千米，有1260宗地。该村土地使用情况主要以居民住宅为主，房屋建筑楼层较高，建筑密集，建筑间距较小，卫星定位困难，无法直接采用GPS-RTK方式布设图根点。结合图1，以对本发明实施作进一步详细说明。
首先，收集整理该村已有控制点、DLG、DOM数据资料，根据该村地形、地貌情况进行飞行方案设计。现场踏勘采用节点导线网式沿街坊共布设38个图根导线像控点，在空旷无电磁干扰区域采用静态GPS方式布设8个高等级控制点，形成测区控制框架，与38个图根导线像控点组成图根导线像控网，图根导线像控点施测完后采用清华山维 NASEW2000 软件进行平差计算，得出38个图根导线像控点的三维坐标值。
其次，采用飞行高度为80m、航向重叠度80%、旁向重叠度70%、飞行速度6.6m/s、地面分辨率0.022m、云台倾角45°的倾斜摄影参数，选取晴朗、能见度高、风力小的天气，在9:00-16:00时间段按“井”字形共采集1.2万张影像。
再次，采用skyscanner对所有影像进行云光匀色、畸变改正处理。处理后的影像导入Smart3D Capture软件依次进行像控点影像关联、空三平差处理、初始化建模区域、建立三维像对、生成像对点云、构建三维TIN网、TIN网优化、纹理匹配、输出三维模型成果9个步骤建立测区高精度实景三维模型。
然后，采用全数字采编一体化平台EPS加载测区三维实景模型，工作人员通过模型，进行室内裸眼采测区地籍、地形要素，对室内无法直接采集或有疑问的15处地籍要素和28处地形要素进行外业核查补测。
最后完成地籍、地形要素的采集和补测后，对地籍图进行分幅整饰工作。通过在测区内依照“均匀分布”的原则选取206个界址点和161条地籍图间距，采用GPS-RTK结合全站仪和手持激光测距仪检核解析界址点、地籍图间距中误差分别为±0.028m、±0.029m，满足国家地籍测量精度要求。
依据上述基于无人机倾斜摄影的房屋密集区大比例尺地籍测量方法对该村进行地籍测量。经检核，解析界址点较差和地籍图间距较差在0.05m以内高达86%，且无大于0.15m的解析界址点较差和地籍图间距较差，中误差满足国家地籍测量一级精度要求；与常规GPS-RTK结合全站仪测量方法相比，测量时间可从15天减少到9天。有效地提高地籍测量效率和缩短地籍图生产时间，降低测量成本。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不能脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.基于无人机倾斜摄影的房屋密集区大比例尺地籍测量方法，其特征在于：所述测量方法包括以下步骤；
步骤A1、根据房屋密集区所在测区的资料，现场踏勘并布设图根导线像控点，并预设无人机航拍方案；
步骤A2、根据航拍方案设置无人机航拍时的倾斜摄影参数，无人机按航拍方案飞行，并按倾斜摄影参数调整无人机携带的拍摄云台的倾角，在航线上对测区进行高精度拍摄，获取房屋密集区的影像数据；
步骤A3、对影像数据进行预处理，并以Smart3D Capture软件对预处理后的影像数据依次进行空三加密、建立三维像对、生成密集点云、构建三维TIN网的处理，建立高精度的实景三维模型；
步骤A4、把实景三维模型导入图库一体化平台，对房屋密集区内各宗土地的地籍特征、地形特征进行识别，生成与房屋密集区内各宗土地相关联的测量数据；以测量数据生成地籍图；
步骤A5、在外业检核中，通过GPS-RTK结合全站仪、手持激光测距仪检核地籍图精度，对地籍图图面进行整饰；
在步骤A1中，布设图根导线像控点时，沿房屋密集区的街坊布局布设并采用节点导线网式布设方式；
在步骤A1中，布设图根导线像控点时，在测区的空旷无电磁干扰区域，以静态GPS方式布设高等级控制点，并使高等级控制点在测区以几何图形分布形成测区的控制框架；
在步骤A2无人机航拍方案中，无人机进行数据采集时的航线呈“井”字形；
在步骤A5的外业检核中，通过GPS-RTK结合全站仪和手持激光测距仪分别检核房屋密集区地籍图解析界址点点位精度、地籍图间距精度是否满足国家地籍测量相关精度要求，以判定房屋密集区地籍图的精度是否满足使用标准；
外业核查补测后，对地籍图进行分幅整饰工作，通过在测区内依照“均匀分布”的原则选取多个界址点和多条地籍图间距，采用GPS-RTK结合全站仪和手持激光测距仪检核解析界址点、地籍图间距中误差；
在步骤A4中，对房屋密集区内各宗土地的地籍特征、地形特征进行识别时，还通过三维模型识别各宗土地上的建筑物层数、建筑物结构。
2.根据权利要求1所述的基于无人机倾斜摄影的房屋密集区大比例尺地籍测量方法，其特征在于：在步骤A1中，像控点用红色油漆标志点位中心，并确保点位标志在航拍距离上清晰可见；图根导线像控点施测完毕后采用清华山维 NASEW2000 软件进行平差计算，得出图根导线像控点的三维坐标值。
3.根据权利要求1所述的基于无人机倾斜摄影的房屋密集区大比例尺地籍测量方法，其特征在于：在步骤A2中，无人机飞行高度为80m、航向重叠度80%、旁向重叠度70%、飞行速度6.6m/s；无人机航拍时间选取晴朗、能见度高、风力小的天气，在9:00-16:00时间段进行数据采集，以防止影像出现大面积的云雾、烟和反光缺陷；
在步骤A2中，倾斜摄影参数中，地面分辨率为0.022m、云台倾角为45°。
4.根据权利要求1所述的基于无人机倾斜摄影的房屋密集区大比例尺地籍测量方法，其特征在于：在步骤A3中，以skyscanner对影像数据进行预处理，预处理包括云光匀色、畸变改正；
在步骤A3的空三加密中，精度要求为像控点的平面中误差在0.05m以内，像控点的高程中误差在0.1m以内，像控点的平面最大误差不超过0.1m，像控点的高程最大误差不超过0.2m；
在步骤A3建立测区高精度实景三维模型时，以Smart3D Capture软件依次对影像数据进行像控点影像关联、空三平差处理、初始化建模区域、建立三维像对、生成像对点云、构建三维TIN网、TIN网优化、纹理匹配、输出三维模型成果的处理步骤。
5.根据权利要求4所述的基于无人机倾斜摄影的房屋密集区大比例尺地籍测量方法，其特征在于：在步骤A3中，像控点影像关联所使用的关联数据，包括对图根导线像控点进行平差计算所得出的图根导线像控点的三维坐标值；
在步骤A3中，三维TIN网构建后采用Smart3D Capture内置算法进行优化，所述优化处理中，对平坦表面的三角密度进行简化抽稀，对复杂表面三角网密度予以保留。
6.根据权利要求1所述的基于无人机倾斜摄影的房屋密集区大比例尺地籍测量方法，其特征在于：在步骤A4中，所述图库一体化平台为全数字采编一体化平台EPS；
在步骤A4中，对房屋密集区内各宗土地的地籍特征、地形特征进行识别时，识别方式包括人工识别，对人工无法识别地籍特征、地形特征的地块，则通过外业核查对该宗土地地块进行补测。
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