一、地籍測量需求

  地籍測量是土地管理工作的重要基礎(chǔ)，是在權(quán)屬調(diào)查的基礎(chǔ)上運(yùn)用測繪科學(xué)技術(shù)測定界址線的位置、形狀、數(shù)量、質(zhì)量，計(jì)算面積，繪制地籍圖，為土地登記、核發(fā)證書提供依據(jù)，為地籍管理服務(wù)。

  傳統(tǒng)地籍測量往往采用人工跑點(diǎn)方式，使用全站儀+GPS RTK進(jìn)行每個(gè)界址點(diǎn)的量測（如圖1和圖2所示），該測量方式外業(yè)工作量極大，使得項(xiàng)目人力成本高，作業(yè)周期長，效率低，且現(xiàn)在房子越來越密集，越來越復(fù)雜，很多房屋界址點(diǎn)人員很難達(dá)到，也使得地籍量測難度加大。然而不同于大比例尺地形測圖，地籍測量精度要求較高，其界址點(diǎn)誤差要求在5cm以內(nèi)，傳統(tǒng)1：500航攝根本無法滿足其精度需求，地籍測量領(lǐng)域亟待新技術(shù)的出現(xiàn)，以打破當(dāng)前人海戰(zhàn)術(shù)的低效率測量方式。

圖1·GPS-RTK測量界址點(diǎn)

圖2·全站儀測量界址點(diǎn)

  隨著無人機(jī)技術(shù)、傾斜技術(shù)的發(fā)展，三維建模、傾斜測圖等新技術(shù)的出現(xiàn)及成熟，采用傾斜測量進(jìn)行地籍測量成為了一種可能。傾斜航空攝影測量可全方位獲取建筑物紋理信息，通過三維重建技術(shù)可精確還原建筑物現(xiàn)狀，而低空無人機(jī)技術(shù)可獲取優(yōu)于1cm的影像數(shù)據(jù)，也使得三維模型精度大大提高。傾斜攝影的高冗余度的影像重疊，可極大提高影像匹配精度，而不同于傳統(tǒng)立體測圖的傾斜三維測圖，其所見即所得的采集方式可精確獲取建筑物角點(diǎn)信息，不受房檐遮擋影響，非常適用于地籍測量房屋的界址點(diǎn)獲取。

  二、D200地籍測量解決方案特點(diǎn)

  針對地籍測量的應(yīng)用需求，飛馬推出了D200+D-OP300傾斜測量解決方案，該方案具備以下優(yōu)勢：

  1、多旋翼平臺，飛機(jī)簡單易用，便攜可靠

  基于D200多旋翼飛行平臺，不受起降場地限制，靈活性高，模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，飛機(jī)組裝無需專門工具，可單人作業(yè)，攜帶方便；傳感器采用多路冗余設(shè)計(jì)，提供多重保障。

  2、高分辨率、高質(zhì)量數(shù)據(jù)獲取

  D-OP300 采用索尼微單相機(jī)，總像素1.2億，配備35mm鏡頭，可獲取高分辨率、高質(zhì)量影像數(shù)據(jù)，相機(jī)可通過無人機(jī)管家軟件統(tǒng)一操作，簡單可靠。

  3、長航時(shí)、高效率的數(shù)據(jù)獲取能力

  D200單架次海平面懸停時(shí)間48min，采用1.5cm進(jìn)行地籍測量飛行時(shí)，單架次按照20km航程計(jì)算，實(shí)際飛行30分鐘，可實(shí)際作業(yè)0.37平方，一天即可飛行2.2平方公里。

表1·D-OP300效率表

  4、RTK/PPK融合的免像控作業(yè)模式

  D200配備20Hz工業(yè)級高精度差分板卡，采用RTK/PPK融合的作業(yè)模式，采用逐相機(jī)打標(biāo)的方式，可精確獲取每個(gè)相機(jī)每張照片像主點(diǎn)的位置信息，滿足稀少控制點(diǎn)地籍測圖、1：500的免像控地形測圖需求。

  5、精準(zhǔn)地形跟隨飛行功能

  無人機(jī)管家專業(yè)版智航線模塊可根據(jù)本地三維地形或根據(jù)導(dǎo)入經(jīng)過預(yù)掃獲取的快速高精度DSM生成精準(zhǔn)地形跟隨航線；通過高精度的導(dǎo)航控制實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的變高飛行，即可有效解決山區(qū)的高分辨率影像數(shù)據(jù)獲取難題，同時(shí)也可保證測區(qū)地面分辨率的一致性。

圖3·精準(zhǔn)地形跟隨飛行航線示意圖

  三、飛馬智能航測/遙感系統(tǒng)D200簡介

  1、 D200系統(tǒng)簡介

  D200是飛馬著力推出的一款基于高性能旋翼平臺的一體化高精度航測無人機(jī)系統(tǒng)，主打“高精度成圖”。D200起飛重量7.5kg，標(biāo)準(zhǔn)載重1kg，單架次海平面懸停時(shí)間48min，秉承飛馬產(chǎn)品安全可靠的設(shè)計(jì)理念，飛行器采取了多路冗余傳感器設(shè)計(jì)，保障飛行作業(yè)安全可靠；可搭載兩軸增穩(wěn)云臺的單相機(jī)正射載荷、五相機(jī)傾斜航攝載荷、LiDAR載荷及視頻載荷，具備豐富、高效的數(shù)據(jù)獲取能力；配備高精度差分GNSS板卡，支持PPK、RTK及其融合作業(yè)模式，可實(shí)現(xiàn)稀少外業(yè)控制點(diǎn)或一定條件（地物特征豐富）下無控制點(diǎn)的1:500成圖，支持POS輔助空三，實(shí)現(xiàn)免像控應(yīng)用。配合“無人機(jī)管家專業(yè)版”中精準(zhǔn)地形跟隨飛行功能，可保證所獲取影像分辨率或LiDAR點(diǎn)云密度的一致性。

  D200配備的“無人機(jī)管家專業(yè)版”測量版軟件，滿足各種應(yīng)用需求的航線模式，支持精準(zhǔn)三維航線規(guī)劃、三維實(shí)時(shí)飛行監(jiān)控，具備GPS融合解算、控制點(diǎn)量測、空三解算、一鍵成圖、一鍵導(dǎo)出立體測圖，提供DOM、DEM、DSM、TDOM、標(biāo)準(zhǔn)LiDAR點(diǎn)云等多種數(shù)據(jù)成果及瀏覽。

  2、 D200系統(tǒng)參數(shù)

  2.1、飛行平臺參數(shù)

  空機(jī)重量：6.5kg

  起飛重量：7.5kg

  對稱電機(jī)軸距：988mm

  外形尺寸：展開830×732×378mm

  折疊：955×362×378mm

  續(xù)航時(shí)間：48min（單架次海平面懸停時(shí)間）

  巡航速度：36~54km/h

  最大爬升速度：10m/s

  最大下降速度：8m/s

  懸停精度RTK:水平1cm+1ppm；垂直2cm+1ppm

  實(shí)用升限高度：4500m（海拔）

  抗風(fēng)能力：5級（正常作業(yè)）

  任務(wù)響應(yīng)時(shí)間：展開≤10min，撤收≤15min

  測控半徑：5km

  起降方式：無遙控器垂直起降

  工作溫度：-20~50°C

  外包裝箱尺寸：1038×475×366.5mm

  2.2、雙頻GPS導(dǎo)航參數(shù)

  導(dǎo)航衛(wèi)星：GPS：L1+L2

  BeiDou：B1+B2

  GLONASS：L1+L2

  采樣頻率：20Hz

  定位精度：5cm

  差分模式：PPK/RTK及其融合作業(yè)模式

  2.3、D-OP300傾斜模塊參數(shù)

  相機(jī)型號：SONY ILCE-6000

  相機(jī)數(shù)量：5

  傳感器尺寸：APS-C（23.5×15.6mm）

  有效像素：1.2億（2400萬*5）

  鏡頭焦距：下視25mm，斜視35mm

  傾斜角度：45度

  作業(yè)效率表如下：

表2·作業(yè)效率表

  四、D200高精度地籍測量流程

  1、測區(qū)概況

  在進(jìn)行作業(yè)前應(yīng)明確任務(wù)目標(biāo)，包括精度要求、區(qū)域范圍及測區(qū)概況。例如2018年7月，應(yīng)某單位地籍測量需求，選定一個(gè)試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行D200地籍測量精度驗(yàn)證，測區(qū)位于陜西省合陽縣某村，測區(qū)面積為0.18km²，測區(qū)高差小且房屋密集，房屋多為平房。

圖4·測區(qū)示意圖

  D200高精度地籍測量的作業(yè)流程如下圖所示：

圖5·地籍測量作業(yè)流程示意圖

  2、測區(qū)踏勘

  踏勘的目的是為了了解測區(qū)的情況行政區(qū)域分布，控制點(diǎn)保存情況，地形地貌，房屋分布如房屋密集程度，道路是否通視、樓層高度是否遮擋GPS信號等，通過對測區(qū)的踏勘，了解測區(qū)的基本情況，以便布設(shè)圖根點(diǎn)；同時(shí)，為保證地籍測量精度，飛行相對高度較低，現(xiàn)場踏勘可以有效的掌握測區(qū)情況，保障飛行安全。

  3、航線設(shè)計(jì)

  為滿足地籍測量5cm精度需求，根據(jù)測區(qū)踏勘的情況，建議在條件允許的情況下按照地面分辨率優(yōu)于2cm（注意這里說的是以傾斜相機(jī)獲取的實(shí)際分辨率核算，D200均采用傾斜相機(jī)像主點(diǎn)分辨率規(guī)劃航線），航向重疊度≥80%，旁向重疊度≥65%獲取傾斜原始影像。針對此次試驗(yàn)區(qū)，D200設(shè)計(jì)地面分辨率2cm，航高為128m，航向重疊度為80%，旁向重疊度為77%，預(yù)計(jì)飛行時(shí)間為28分鐘。

圖6·航線設(shè)計(jì)參數(shù)

  4、像控點(diǎn)布設(shè)

  D200采用RTK/PPK的融合作業(yè)模式，并具備逐相機(jī)獨(dú)立打標(biāo)能力，免像控精度可以滿足1:500航攝規(guī)范要求，但要滿足地籍測量的精度要求仍然需要布設(shè)少量控制點(diǎn)，通常情況下1km²建議布設(shè)不少于10個(gè)控制點(diǎn)，同時(shí)布設(shè)部分檢查點(diǎn)。像控點(diǎn)可采用地面噴繪油漆作為測量標(biāo)志，利用GPS-RTK采用強(qiáng)制對中桿測量標(biāo)靶中心坐標(biāo)，每個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行2~3個(gè)測回操作，取其平均值作為真值，將控制點(diǎn)精度控制在2cm以內(nèi)，如下圖所示。

圖7·像控點(diǎn)測量

  根據(jù)此次試驗(yàn)區(qū)實(shí)際情況，外業(yè)人員共布設(shè)13個(gè)像控點(diǎn)（外圍6個(gè)作控制點(diǎn)，內(nèi)部7個(gè)作檢查點(diǎn)），像控點(diǎn)采用西安80坐標(biāo)系，高斯三度帶投影，中央經(jīng)線111度，高程系統(tǒng)為1985國家高程基準(zhǔn)。像控點(diǎn)分布如下圖所示。

圖8·像控點(diǎn)分布

  5、外業(yè)飛行

  待像控點(diǎn)布測完成后即可進(jìn)行飛行數(shù)據(jù)采集（如采用地物作為控制點(diǎn)可則不必等待）；D200采用無遙控器全自動(dòng)起降，整機(jī)模塊化設(shè)計(jì)外業(yè)10分鐘之內(nèi)即可完成起飛，整個(gè)過程無需任何人工干預(yù)，即可保障數(shù)據(jù)采集；飛行完成后及時(shí)下載數(shù)據(jù)，包括照片、機(jī)載POS、機(jī)載GPS數(shù)據(jù)、基站數(shù)據(jù)，并現(xiàn)場檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量及完整性。

圖9·現(xiàn)場作業(yè)照片

  6、內(nèi)業(yè)處理流程

圖10·內(nèi)業(yè)處理流程圖

  6.1差分解算

  基于無人機(jī)管家的智理圖模塊進(jìn)行融合差分GPS解算，得到五個(gè)相機(jī)的精確曝光定位信息。

  A、選擇GPS解算工具進(jìn)行差分解算。

圖11·GPS解算工具

  B、流動(dòng)站觀測文件需要指定飛機(jī)GPS原始數(shù)據(jù)

圖12·流動(dòng)站文件加載

  C、勾選基準(zhǔn)站，讀取頭文件，指定基站數(shù)據(jù)（*.GNS）轉(zhuǎn)換后的*.18o文件，如果是D200機(jī)型，讀取文件頭即為相位中心坐標(biāo)

圖13·基站加載

  D、單擊下一步，進(jìn)入到GPS解算界面，勾選融合，GNSS系統(tǒng)默認(rèn)為GPS+BeiDou，使用D200的情況下垂高默認(rèn)為0

圖14·差分解算設(shè)置

  E、指定RTK軌跡文件

圖15·RTK軌跡數(shù)據(jù)加載

  F、指定解算結(jié)果保存路徑，點(diǎn)擊確定開始解算

圖16·融合差分解算

  解算結(jié)果為5個(gè)POS及天線相位中心POS，其中cam1對應(yīng)鏡頭1中的影像，以此類推。如下圖 D200差分解算結(jié)果。

圖17·融合差分POS解算結(jié)果

  6.2坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

  坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的目的在于將WGS84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為與控制點(diǎn)在同一坐標(biāo)系下的平面坐標(biāo)，因此此項(xiàng)目將WGS84坐標(biāo)轉(zhuǎn)為西安80、中央經(jīng)線111度的高斯投影坐標(biāo)。已知該地區(qū)的七參數(shù)，采用無人機(jī)管家直接進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，具體流程如下：

  A、打開智理圖模塊下坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能，如圖

圖18·坐標(biāo)轉(zhuǎn)換工具

  B、點(diǎn)擊設(shè)置選項(xiàng)，設(shè)置源橢球，目標(biāo)橢球，中央子午線。

圖19·源橢球與目標(biāo)橢球設(shè)置

  C、輸入轉(zhuǎn)換參數(shù)，橢球轉(zhuǎn)換下對應(yīng)布爾莎七參數(shù)，平面轉(zhuǎn)換下對應(yīng)四參數(shù)，四參數(shù)一般配合高程擬合一起使用，根據(jù)需要填寫。

圖20·七參數(shù)設(shè)置

  D、選擇文件轉(zhuǎn)換模式，導(dǎo)入解算出的5個(gè)POS，指定轉(zhuǎn)換后的保存路徑及名稱，根據(jù)導(dǎo)入的文件格式選擇對應(yīng)的LBH，完成轉(zhuǎn)換。

圖21·文件轉(zhuǎn)換

  6.3空三預(yù)處理

  采用飛馬無人機(jī)管家空三，進(jìn)行傾斜數(shù)據(jù)預(yù)處理，獲取影像準(zhǔn)確pos信息及相機(jī)信息，便于三維建模軟件ContextCapture（后面簡稱CC）進(jìn)行空三處理。具體流程如下：

  A、利用無人機(jī)管家“智拼圖”模塊，新建工程并導(dǎo)入影像和POS，完成工程建立。

圖22·創(chuàng)建工程

  B、勾選特征提取與匹配、空三計(jì)算和PPK，并點(diǎn)擊確定。

圖23·空三計(jì)算

  C、空三結(jié)束，在智拼圖界面下導(dǎo)出CC的空三XML文件。

圖24·導(dǎo)出CC空三XML文件

  6.4空三處理

  采用CC進(jìn)行傾斜數(shù)據(jù)的處理，首先進(jìn)行空三處理，為提高CC空三處理速度，基于管家預(yù)處理后的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行空三。

  A、打開CC，新建工程，導(dǎo)入管家輸出的XML文件，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行后續(xù)處理。

圖25·導(dǎo)入管家輸出的CC XML文件

  B、第一遍空三設(shè)置，按照近似POS平差參數(shù)設(shè)置進(jìn)行空三，若POS準(zhǔn)確，則再按照準(zhǔn)確POS平差參數(shù)進(jìn)行空三提交，則可實(shí)現(xiàn)差分和少量控制點(diǎn)的聯(lián)合平差。

圖26·空三參數(shù)設(shè)置

  C、刺點(diǎn)，并按照控制點(diǎn)平差參數(shù)提交空三。

圖27·導(dǎo)入控制點(diǎn)

圖28·控制點(diǎn)空三設(shè)置

  D、檢查空三精度

  檢查傾斜空三精度，由表3和表4可知，該數(shù)據(jù)控制點(diǎn)和檢查點(diǎn)精度均在5cm以內(nèi)，滿足地籍測量精度要求，則可進(jìn)入三維重建操作。

表3·控制點(diǎn)空三精度統(tǒng)計(jì)

表4:·檢查點(diǎn)空三精度統(tǒng)計(jì)

  6.5三維重建

  采用CC進(jìn)行高精度三維模型的生成，模型輸出格式選擇OSGB，可用于三維測圖軟件使用。

圖29·OSGB格式輸出

  三維重建完成后，須檢查三維模型效果及精度。

  從圖30的模型效果圖上可以看出，三維模型可真實(shí)還原地物真實(shí)形態(tài)，且從模型上可清晰分辨每棟房屋，且房屋墻體平整，棱角分明，可精確采集房屋矢量。

圖30·模型效果展示

  采用實(shí)測的檢查點(diǎn)進(jìn)行三維模型的精度核查，由表5可知，三維模型平面中誤差為0.029m，高程中誤差為0.034m，滿足地籍測量5cm精度要求，可用于測圖采集。

表5·檢查點(diǎn)模型誤差統(tǒng)計(jì)

  6.6三維測圖

  將模型導(dǎo)入EPS進(jìn)行裸眼測圖，利用五點(diǎn)房采集方法，完成房屋的矢量采集，對于遮擋區(qū)域則進(jìn)行外業(yè)調(diào)繪與補(bǔ)測，完成地籍圖的繪制。

圖31·EPS裸眼測圖

圖32·地籍圖成果

  6.7精度檢查

  完成地籍圖的繪制后，將其與實(shí)測的地籍圖進(jìn)行套合檢查，并在測區(qū)均勻選取大量房角點(diǎn)進(jìn)行誤差統(tǒng)計(jì)，由表4可知，利用三維測圖模式采集的地籍圖中誤差為3.8cm，95%的房角點(diǎn)誤差在5cm以內(nèi)，最大誤差不超過2倍中誤差（10cm），滿足地籍測量精度要求。此項(xiàng)目采用D200進(jìn)行地籍測量，外業(yè)飛行加內(nèi)業(yè)處理僅用時(shí)3天，就完成了該測區(qū)地籍圖繪制，而傳統(tǒng)地籍測量，同樣人員組成下，則需要一周的工作量，由此可知新的地籍測量方式不但能夠滿足地籍測量高精度需求，還能夠極大縮短項(xiàng)目周期，且效率提高不止一倍。

表6·誤差統(tǒng)計(jì)

  7、流程總結(jié)

  該技術(shù)路線與傳統(tǒng)地籍測量技術(shù)路線相比，將大量的外業(yè)工作量轉(zhuǎn)換為內(nèi)業(yè)工作，降低了野外工作強(qiáng)度，且內(nèi)業(yè)基于三維模型進(jìn)行房屋的界址點(diǎn)測量，精度高，效率快，可滿足地籍測量高精度需求。此種新型地籍測量方式已得到廣大飛馬客戶的認(rèn)可，并在多個(gè)地籍測量項(xiàng)目中得到成功應(yīng)用。

  五、應(yīng)用案例

  1、江蘇泰州地籍測量應(yīng)用案例

  江蘇泰州某測繪公司接地籍項(xiàng)目，由于項(xiàng)目工期緊張，采用傳統(tǒng)地籍測量方法無法準(zhǔn)時(shí)提交成果，在試驗(yàn)區(qū)精度驗(yàn)證合格后先后采購2套飛馬智能航測系統(tǒng)D200搭載D-OP300傾斜模塊，在2個(gè)月的時(shí)間內(nèi)完成有效測圖面積為34.5km²的數(shù)據(jù)采集及生產(chǎn)，并滿足地籍精度要求，累計(jì)飛行230個(gè)架次。

  圖33·部分測區(qū)模型成果圖

  圖34·部分測區(qū)模型成果細(xì)節(jié)（白模）

  圖35·部分測區(qū)模型成果細(xì)節(jié)

  圖36·部分測區(qū)地籍成果圖

  2、福建南平地籍測量應(yīng)用案例

  2018年5月，福州某測繪公司接到地籍項(xiàng)目需求，采用飛馬智能航測系統(tǒng)D200在福建南平進(jìn)行實(shí)驗(yàn)區(qū)精度驗(yàn)證，該測區(qū)由于房屋密集樓房較多影響GPS信號，無法大批量采用GPS-RTK進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集；同時(shí)由于道路狹窄，遮擋物較多全站儀不能通視。因此采用無人機(jī)傾斜攝影進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取是剛性需求。

  實(shí)驗(yàn)測區(qū)面積為0.18km²，根據(jù)現(xiàn)場情況外業(yè)飛行人員最終決定按照D200飛行90m、航向重疊率80%，旁向重疊70%飛行，獲取分辨率1.4cm影像，飛行時(shí)間為29分鐘，共獲取7065張高分辨率影像。

  圖37·試驗(yàn)區(qū)航線示意圖

  圖38·試驗(yàn)區(qū)模型效果

  圖39·試驗(yàn)區(qū)模型細(xì)節(jié)圖

  模型導(dǎo)入EPS與測區(qū)已有成果圖進(jìn)行套合，套合效果如圖所示。

  圖40·模型與線劃圖套合

  利用EPS在模型上選取房角點(diǎn)與測區(qū)已有點(diǎn)進(jìn)行對比，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，中誤差為4.1cm，滿足地籍測量精度要求。內(nèi)業(yè)人員基于EPS大面積矢量化，結(jié)合外業(yè)補(bǔ)測，最終得到地籍圖成果，如下圖所示。

  圖41·地籍圖成果