一、地籍測(cè)量需求
地籍測(cè)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(cè)繪科學(xué)技術(shù)測(cè)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(cè)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(cè)（如圖1和圖2所示），該測(cè)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(cè)難度加大。然而不同于大比例尺地形測(cè)圖，地籍測(cè)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(cè)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(cè)量方式。
圖1·GPS-RTK測(cè)量界址點(diǎn)
圖2·全站儀測(cè)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(cè)圖等新技術(shù)的出現(xiàn)及成熟，采用傾斜測(cè)量進(jìn)行地籍測(cè)量成為了一種可能。傾斜航空攝影測(cè)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(cè)圖的傾斜三維測(cè)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(cè)量房屋的界址點(diǎn)獲取。
二、D200地籍測(cè)量解決方案特點(diǎn)
針對(duì)地籍測(cè)量的應(yīng)用需求，飛馬推出了D200+D-OP300傾斜測(cè)量解決方案，該方案具備以下優(yōu)勢(shì)：
1、多旋翼平臺(tái)，飛機(jī)簡(jiǎn)單易用，便攜可靠
基于D200多旋翼飛行平臺(tái)，不受起降場(chǎng)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(jiǎn)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(cè)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(jí)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(cè)圖、1：500的免像控地形測(cè)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(cè)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(cè)/遙感系統(tǒng)D200簡(jiǎn)介
1、 D200系統(tǒng)簡(jiǎn)介
D200是飛馬著力推出的一款基于高性能旋翼平臺(tái)的一體化高精度航測(cè)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(tái)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(cè)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(cè)、空三解算、一鍵成圖、一鍵導(dǎo)出立體測(cè)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(tái)參數(shù)
空機(jī)重量：6.5kg
起飛重量：7.5kg
對(duì)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(jí)（正常作業(yè)）
任務(wù)響應(yīng)時(shí)間：展開≤10min，撤收≤15min
測(cè)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(hào)：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(cè)量流程
1、測(cè)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(cè)區(qū)概況。例如2018年7月，應(yīng)某單位地籍測(cè)量需求，選定一個(gè)試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行D200地籍測(cè)量精度驗(yàn)證，測(cè)區(qū)位于陜西省合陽縣某村，測(cè)區(qū)面積為0.18km²，測(cè)區(qū)高差小且房屋密集，房屋多為平房。
圖4·測(cè)區(qū)示意圖
D200高精度地籍測(cè)量的作業(yè)流程如下圖所示：
圖5·地籍測(cè)量作業(yè)流程示意圖
2、測(cè)區(qū)踏勘
踏勘的目的是為了了解測(cè)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(hào)等，通過對(duì)測(cè)區(qū)的踏勘，了解測(cè)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(cè)量精度，飛行相對(duì)高度較低，現(xiàn)場(chǎng)踏勘可以有效的掌握測(cè)區(qū)情況，保障飛行安全。
3、航線設(shè)計(jì)
為滿足地籍測(cè)量5cm精度需求，根據(jù)測(cè)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(duì)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(cè)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(cè)量標(biāo)志，利用GPS-RTK采用強(qiáng)制對(duì)中桿測(cè)量標(biāo)靶中心坐標(biāo)，每個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行2~3個(gè)測(cè)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(cè)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(cè)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(chǎng)檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量及完整性。
圖9·現(xiàn)場(chǎng)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(cè)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(duì)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(duì)應(yīng)布爾莎七參數(shù)，平面轉(zhuǎn)換下對(duì)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(duì)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(jiǎn)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量5cm精度要求，可用于測(cè)圖采集。
表5·檢查點(diǎn)模型誤差統(tǒng)計(jì)
6.6三維測(cè)圖
將模型導(dǎo)入EPS進(jìn)行裸眼測(cè)圖，利用五點(diǎn)房采集方法，完成房屋的矢量采集，對(duì)于遮擋區(qū)域則進(jìn)行外業(yè)調(diào)繪與補(bǔ)測(cè)，完成地籍圖的繪制。
圖31·EPS裸眼測(cè)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(cè)的地籍圖進(jìn)行套合檢查，并在測(cè)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(cè)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(cè)量精度要求。此項(xiàng)目采用D200進(jìn)行地籍測(cè)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(cè)區(qū)地籍圖繪制，而傳統(tǒng)地籍測(cè)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(cè)量方式不但能夠滿足地籍測(cè)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(cè)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(cè)量，精度高，效率快，可滿足地籍測(cè)量高精度需求。此種新型地籍測(cè)量方式已得到廣大飛馬客戶的認(rèn)可，并在多個(gè)地籍測(cè)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(cè)量應(yīng)用案例
江蘇泰州某測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)區(qū)模型成果圖
圖34·部分測(cè)區(qū)模型成果細(xì)節(jié)（白模）
圖35·部分測(cè)區(qū)模型成果細(xì)節(jié)
圖36·部分測(cè)區(qū)地籍成果圖
2、福建南平地籍測(cè)量應(yīng)用案例
2018年5月，福州某測(cè)繪公司接到地籍項(xiàng)目需求，采用飛馬智能航測(cè)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(cè)區(qū)由于房屋密集樓房較多影響GPS信號(hào)，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(cè)區(qū)面積為0.18km²，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(cè)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(cè)區(qū)已有點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，中誤差為4.1cm，滿足地籍測(cè)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(cè)，最終得到地籍圖成果，如下圖所示。
圖41·地籍圖成果
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