摘要：近年来，随着测绘技术不断发展以及房地一体确权发证工作推动，倾斜摄影测量技术在很多地方的房地一体测绘工作中得到应用
本文以韶关市浈江区产业园附近的钟屋村、谭屋村为试验区，采用复合翼无人机进行倾斜摄影，通过布设像控点、POS差分解算、采用专业五镜头倾斜相机飞交叉航线等手段提高模型精度，并基于三维模型采集了房屋要素
经检核，房屋界点误差满足广东省农村宅基地和集体土地确权发证工作规范精度要求，试验取得成功，可为同类项目提供有益参考
关键词： 复合翼无人机 多旋翼无人机 巡航速度 房地一体测绘 测绘技术根据自然资源部《关于加快宅基地和集体建设用地使用权确权登记工作的通知》要求，农村宅基地和集体建设用地使用权确权工作在全国范围内展开
以往开展此项工作，首先是进行地籍测绘，主要采用RTK、全站仪野外实测方式，由于农村不动产体量大、房型复杂、内部交错遮挡，使得农村不动产测绘工作成为竖在广大测绘工作者面前的一道屏障[1]
倾斜摄影技术是测绘行业近年来发展起来的一项新技术，通过在同一飞行平台搭载多角度航摄相机，能够同时从垂直、4个倾斜角度采集影像，获取到建筑物不同侧面纹理
基于倾斜摄影获取不同角度影像资料，通过一些建模软件如Smart3D可以生产出三维模型，基于三维模型采集平台如EPS、Hi-Data、CASS＿3D可以生产出大比例尺地形图
从目前行业人员应用来看，文献[2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12]相关研究中大多基于多旋翼无人机进行倾斜摄影测量，基于获取三维模型进行测图，部分成果可以达到1∶500地形图精度，也有些研究农村宅基地和集体建设用地确权发证工作项目采用倾斜摄影测量技术，农村房屋界址点能够满足中误差10cm精度要求
但从当前实践来看，采用无人机大多是多旋翼无人机，很少采用复合翼无人机，究其原因主要是复合翼无人机巡航速度较快，很难找到与其相匹配的五拼相机
然而用多旋翼搭载平台，其缺点是续航时间较短，作业时间普遍在1h以内，一个架次采集面积在0.2km2以内，效率较低
复合翼无人机续航时间较长，普遍可以达到1.5h，部分机型可以达到4h，单架次可以获取2km2，极大地提高了生产效率
如在某些生产环节进行优化，复合翼无人机是否同样可以应用到高精度测绘中，这是一个值得研究的问题，本文针对此问题展开试验
1、试验具体实施步骤试验区位于广东省韶关市浈江区产业园附近，测区面积约为0.64km2，测区最高海拔110m，最低98m，平均海拔104m，地形相对平坦，无高山和丘陵
摄区内有1个自然村庄，房屋大多为2层，高层建筑物较少，房屋间距适中
1.1 技术流程试验采用XC复合翼无人机，搭载Riy-AR3睿铂定制五拼相机，理想环境中曝光时间0.8s，每个镜头画幅为23.5mm×15.6mm，像元大小3.9μm，镜头焦距下视为40mm,4个倾斜相机焦距为35mm,FOV为44°，相机出厂配有5个镜头OPT参数文件
基于倾斜摄影测量的大比例尺地形图测绘及其精度评定技术流程，具体包含数据采集、数据处理、三维测图、精度评定等环节
本次试验参照其主要技术流程，其中三维建模本次试验采用Smart3D软件、三维测图采用CASS3D软件，具体技术流程如图1所示
1.2 航摄前准备试验开始前充分收集已有地图影像数据资料和控制资料，该区域已有往年1∶500地籍测绘成果，作为数据精度检核用，利用广东省连续运行卫星定位服务系统(GD-CORS)进行像控测量，在谷歌地球中分析试验区域地形起伏情况，了解测区最高点、最低点、平均海拔，寻找合适起降场地，观察摄区有没有影响安全飞行因素，查看天气预报软件，评估测试当天天气、风力大小，室内大致确定航摄分辨率、高度、巡航速度、航向/旁向重叠度
1.3 像控点布设采用广东省连续运行卫星定位服务系统(GDCORS)进行测量像控点，为提高像控点之间内符合、外符合精度，采用单基站架设模式，确保像控点精度误差控制在1cm以内，减少像控环节误差对最终成果误差影响
像控点布设在平坦易判读地方，用油漆喷射“L”形标志，测量外角，部分位于菜地里面像控点难以选取时用打印纸质标靶进行布设，测量十字丝中心，像控点测量采用南方银河6型RTK，仪器标称精度为水平5mm+1.0×10-6D
根据以往经验，像控点布设间距按照200m一个点进行布设，此次试验总共布设11个像控点，点位布设如图2所示
1.4 外业航摄根据摄区地形特点，选择在临近摄区，且地形平坦，海拔与测区平均海拔相近地方作为起降场地
本次试验选用成都傲视科技XC型无人机作为倾斜五拼相机搭载平台，该型无人机翼展达到4m，配置高压板锂电池，续航时间可以达到4个小时，飞行姿态较稳
采用Riy-AR3睿铂五拼相机，航向重叠度设置为76%，旁向重叠度76%，飞行速度20m/s，采集分辨率2cm，航高144m，航线间距为29.01m，曝光间距为19.25m，定时曝光时间0.96s
考虑到试验当天现场地面有2m/s风，空中风速预计会达到6m/s，无人机在顺风时很大概率漏片，影响部分区域重叠度，采用交叉飞行模式，目的是获取更多照片冗余度，确保各个角度照片都能拍到
在实际航摄过程中，通过飞控观察，在无人机顺风时，空中风速最大达到8m/s，部分航带确实发生漏片现象
1.5 POS差分解算为进一步提高最终成果精度，在外业施测时，地面架设1台中海达基站，用GDCORS平滑处理测量基站点CGCS2000下高斯投影平面坐标和1985高程，用钢尺准确量取基站架设仪器高，并在设置基站时输入量测仪器高度
外业航摄完成后，分别从无人机、地面基站中导出GNSS观测数据文件，内业导入到中海达UAV-PPK差分解算软件中，进行差分解算，从而提高POS精度，解算后POS坐标系为CGCS2000国家大地坐标系下高斯投影平面坐标，高程基准为1985高程，需要说明的是，试验当天由于144m航高最大风速达到8m/s，相机正常触发POS数量和照片梳理保持一致
1.6 三维建模此次试验共飞行1h20min，共获取11305张照片，剔除掉26张无用照片，共11279张照片
采用Smart3D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、三维重建等
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11个像控点后，空三平差后连接点重投影中误差为0.62像素，像控点重投影误差最大为1.1像素，最小为0.53像素，中误差为0.76像素
由于本次试验主要是想测试能否达到农村房屋确权发证精度，因此在输出三维模型时，用村庄范围KML面进行裁剪输出，只输出村庄聚集部分，三维模型共生产61个瓦片，内业生产模型使用5台专业图形工作站，采用集群模式进行生产，共花费约70h，其中2次空三加密花费20h，模型生产花费50h，模型格式采用OSGB格式
1.7 内业数据采集本次试验采用南方数码CASS＿3D测图软件进行数字线划图采集，CASS＿3D以插件形式集成到CASS10.1中，比较符合测绘内业人员画图习惯，操作较简单，将三维模型加载到CASS＿3D中，由人工在三维模型上选用符合对应比例尺2017国标规范符号进行房屋、道路、高程点等要素采集，如图3所示
2、试验精度分析2.1 模型精细度此次处理获取三维模型精细度总体处理较好，无遮挡地方模型细节清晰、房屋表面光滑，少量低矮密集泥砖房部分遮挡墙面存在扭曲拉花现象，个别相邻建筑物由于间距较小，且楼层较高，存在少量楼体“粘连”现象
部分房屋阳台上半部分，由于遮挡等原因，存在拉花、扭曲变形现象，电线杆、电线塔等支架细小的物体以及女儿墙、露台栏杆等边缘地区的像素数较少，无法正确匹配点云，有少量地物表达不完全
总体来说，除去少量低矮泥砖房，85%的房屋可以采集线划图
2.2 三维测图成果精度情况为了检核本次试验房屋采集平面精度，采用全野外方式均匀对房屋界址点进行精度检核
本次试验共检核42个房角点
经统计，房角点平面最大误差0.099m，最小误差0.004m，平面中误差为±0.052m，平面精度统计见表1
2.3 房屋边长量测精度情况为检核模型采集房屋边长精度，采用测距仪对房屋边长进行实地丈量，共丈量30条房屋边长，通过与模型采集房屋边长对比，最大误差4.6cm，其实地丈量房屋边长为12.230m，模型采集边长为12.276m，最小误差为0.3cm，检核30条房屋边长误差均没有超限
3、结束语从此次试验精度统计结果看出，房屋界址点平面中误差满足广东省“房地一体”农村宅基地和集体建设用地权籍调查技术指南中农村区域按3类界址点平面中误差10cm要求
边长精度同样满足技术指南中限差要求
总结此次采用复合翼无人机满足房地一体测绘精度要求原因主要在以下几个方面进行优化:1) 在航向、旁向重叠度满足要求情况下，采用交叉飞行模式，虽然照片数量增加1倍，内业增加空三处理时间，但是保证复合翼无人机在顺风产生漏片现象时，仍然能够确保倾斜相机能从不同角度拍摄到照片，确保三维模型质量和精细度
2) 本次试验原始采集分辨率达到2cm，从源头上保证最终成果可靠性，这从另一个侧面说明倾斜摄影技术做高精度地籍测图成功关键在于原始采集分辨率要足够高
3) 本次试验地面端架设基站，通过PPK后差分后处理，大大提高了POS精度
4) 本次试验像控点采用单基站架设模式，确保像控点之间相对位置和绝对位置准确性，本次试验像控点、检查点测量均采用统一CGCS2000平面坐标，从源头上保证空间位置基准一致性
下一步在具体项目应用生产时，结合此次试验情况，计划采用交叉飞行模式，航向重叠度可以降低到70%，增加图像间距，延长曝光时间，降低飞行高度，提高原始采集分辨率到1.6cm，降低阳台上半部分拉花比例和粗差率，确保最终模型精细度，再加上采用复合翼无人机续航时间可以达到4h，单架次作业效率可以达到2km2左右，能够极大地提高农村房屋确权测绘生产效率，有一定应用前景