應用傾斜攝影三維建模的不動產測繪技術研究

胡生送

摘? 要：房產和地籍測繪的主要對象是面積、權屬、結構屬性以及城市和農村房屋的用途。隨著中國社會經濟的持續(xù)快速發(fā)展，房地產的價值不斷提高，這使得中國越來越重視房地產研究。本文結合安徽省馬鞍山市某村的測量實踐，將無人機傾斜攝影測量三維建模技術應用于不動產測繪，探討了基于傾斜攝影測量三維建模的不動產測繪的可行性并進行了精度驗證。研究對比了基于傾斜攝影三維建模的不動產測繪相較于傳統(tǒng)不動產測繪的優(yōu)勢，對不動產測繪的具體生產作業(yè)具有一定的借鑒和參考價值。

關鍵詞：不動產? 測繪? 傾斜攝影? 精度

中圖分類號：P231? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）11（c）-0026-03

Research on Real Estate Surveying and Mapping Technology Based on 3D Modeling of Tilt Photography

HU Shengsong

（Maanshan Institute of Surveying and Mapping， Maanshan， Anhui Province， 243000 China）

Abstract： The main objects of property and cadastral mapping are size， ownership， structural attributes and the use of urban and rural houses. With the continuous and rapid development of China's social economy， the value of real estate has been constantly improved， which makes China pay more and more attention to real estate research. Based on the survey practice of a village in Maanshan City， Anhui Province， this paper applies UAV tilt photogrammetry 3D modeling technology to real estate surveying and mapping， discusses the feasibility of real estate surveying and mapping based on tilt photogrammetry 3D modeling， and verifies the accuracy. Compared with traditional real estate surveying and mapping， the advantages of real estate surveying and mapping based on oblique photography 3D modeling are compared， which has certain reference value for the specific production of real estate surveying and mapping.

Key Words： Real estate; Surveying and mapping; Tilt photography; Precision

勞動密集、費時、成本高的傳統(tǒng)房地產測繪問題尚未得到很好的解決，基于無人機傾斜攝影測量模型的重建技術，是近年來發(fā)展起來的一項新技術[1]。由于其低成本的數據采集和高效率，且能近實時重建3D模型等。該技術在房地產測量和制圖的實際生產中具有許多優(yōu)勢[2]。

本文介紹了基于傾斜攝影三維建模的房地產調查和制圖方法，將該方法應用于實際工作，并對結果進行比較分析，結果表明，與傳統(tǒng)的房地產測量和制圖相比，該方法具有全面的優(yōu)勢。

1? 基于傾斜攝影三維建模的不動產測繪方法

本文采用如下方法：圖像控制點的設計和測量，航空圖像的采集，空三解算，三維模型和正射影像的生成，裸眼3D采集等。具體過程如圖1所示。

1.1 無人機傾斜攝影數據采集

無人機傾斜航測是通過在無人機上安裝5鏡頭傾斜攝像機系統(tǒng)進行的。一個鏡頭捕獲地面目標的正射影像，而其他4個鏡頭拾取地面目標的前、后、左、右圖[3]。拍攝時可以獲取POS數據，包括圖像方向、位置、高度和姿態(tài)信息。將超低空飛行的無人機的高度設置為約60～80m，并可以在地面上獲得更高分辨率的圖像，以確保3D模型重建的準確性。如果調查區(qū)域的高度差較大，則應在不同區(qū)域收集圖像并進行建模。采用高密度相位控制，即每100～200m放置一次圖像控制點，每平方公里需要預置40個以上的圖像控制點，以減少圖像的幾何變形[4]。

1.2 傾斜攝影三維模型重建

傾斜攝影3D模型重建是通過對傾斜攝影獲得的圖像的多視圖圖像，密集的多視圖圖像匹配，即基于對象，TIN網格構造，紋理貼圖等三維模型的重構[5]。其中，多視角圖像聯(lián)合擬合基于圖像之間的幾何變形和遮擋，并結合POS數據，同名點的匹配和自由網絡光束擬合在每個圖像級別;密集多視圖圖像匹配，即多視圖檢索圖像中的特征點和特征線然后確定二維矢量數據集，然后將不同角度的二維數據集轉換為矢量數據然后執(zhí)行過濾處理以合并不同的匹配單元以形成統(tǒng)一的數字表面模型（DSM）。

使用多視圖圖像的立體匹配、TIN網格結構、紋理映射等，通過對通過傾斜攝影獲得的多個視點圖像進行聯(lián)合調整，可以進行傾斜攝影3D模型的重建。重建3D模型[6]。其中，多視角圖像聯(lián)合調整是基于圖像之間的幾何變形和遮擋，結合POS數據，對同名點進行匹配，并在每個圖像級別進行自由網絡光束調整。多視圖圖像的密集匹配，即多視圖檢索圖像中的特征點和特征線確定二維矢量數據集，然后將二維數據集從不同角度轉換為三維矢量數據，然后執(zhí)行對它們進行過濾處理以合并不同的匹配單元以形成統(tǒng)一數字表面模型（DSM）。

1.3 三維裸眼采集

用裸眼進行三維采集主要是基于建筑物側面分散點的正交性原理，以采集三維房屋，這主要是基于常規(guī)房屋的相鄰面為特征的。這些相鄰面彼此垂直、相同的高度和相對的面彼此平行。三維EPS采集系統(tǒng)二，三維操作界面聯(lián)動的優(yōu)勢，可確保房屋的邊緣、角落和模型完美契合。

2? 試驗及精度分析

測試區(qū)域位于安徽省馬鞍山市的一個村莊內，面積約0.5km2，主要是住宅，建筑物大多為3～4層。在此測試中，使用配備了五鏡頭傾斜攝像機的六旋翼無人機來采集圖像數據。無人機相對高度為65m，飛行速度為8.2m/s，航向重疊率為80%，橫向重疊為75%，圖像尺寸為4864×3648像素，并且圖像背景的分辨率為1.2cm。

2.1 試驗結果

根據上述基于傾斜攝影三維建模的房地產制圖和測量方法，首先，為了檢查圖像質量問題，對傾斜圖像數據進行預處理。調整圖像的色差，以減少斜射曝光時圖像中每種光的對比度，減少強度不一致所帶來的模型精度引起的誤差影響;檢查POS數據并刪除姿態(tài)不好的影像。然后將預處理的傾斜圖像導入到Smart3D中，以進行空三處理以及數字表面模型（DSM）和數字正射影像（DOM）生成。將Smart3D生成的數字表面模型和數字正射影像導入EPS三維采集系統(tǒng)中，以收集地形特征和地貌，如圖2所示，獲得平面圖和三維地圖。

2.2 精度分析

房地產測量和制圖、地籍測量和其他房地產測量和制圖的精度要求是基于界址點的位置誤差，相鄰界址點的間距誤差以及面積測量精度。對每個指標進行以下比較分析。

（1）界址點精度的比較分析：為了驗證所收集的房地產平面圖的點的精度，收集了一些特征點，例如拐角，墻，道路拐角等。使用這些特征點的點坐標作為房地產平面圖的驗證點，并計算驗證點的誤差，即可得出驗證點的誤差是否滿足相關規(guī)范的要求。采用常規(guī)測量方法，共采集了620個檢測點（表1列出部分點情況），計算后的檢測點誤差為0.03m。其中，455點的點誤差在區(qū)間[0，m]中，146點的點誤差在區(qū)間（m，2m]中，大于2m的點數為19，并且總誤差率為3.1%，可以看出，檢測點的位置誤差符合標準要求（平均誤差m為5 cm）。

（2）邊長精度分析：為了驗證邊長精度，選擇了45條邊進行平面內分析，并且還在區(qū)域中測量了這45條邊的相應長度，作為檢查的依據。計算出檢查邊的長度誤差為0.037m，其中38個邊的邊長誤差的絕對值在誤差區(qū)間[0，m]中，而7個邊的邊長的絕對值為誤差的絕對值，誤差區(qū)間（m，2m）的邊長誤差，一側大于2 m，總誤差率為2.2%。從以上討論可以得出，精度UAV傾斜攝影的三維建模（即相鄰界址點之間的距離）的建筑物邊長測量結果符合規(guī)格要求（每5cm需要平均誤差m）。

（3）面積精度分析：選擇并測量計劃中15棟房屋的面積，并相應地在測量區(qū)域中測量這15棟房屋的面積，以此作為檢查面積精度的基礎。具體數據統(tǒng)計如表2所示。這15所房屋中6處的面積誤差的絕對值在[0，m]的范圍內，而9處的面積誤差的絕對值在9的范圍內房屋的范圍是（m，2m）。因此，基于無人機傾斜攝影的3D建模房地產地形和測繪面積測量的精度符合規(guī)范。

總之，通過對界址點位置誤差和相鄰界址點間距誤差以及面積測量精度的比較分析，可以得出結論：房地產測量和制圖精度，如采用傾斜攝影的3D建模方法，可以滿足規(guī)范要求，將傾斜攝影的3D建模技術應用于房地產測量和制圖是有效的。

3? 相較傳統(tǒng)不動產測繪具有的優(yōu)勢

本文將無人機傾斜攝影測量的3D建模技術應用于房地產測量和制圖。根據實踐，與傳統(tǒng)的測繪操作相比，具有以下優(yōu)點：（1）與傳統(tǒng)的測繪操作相比，可以直接在3D模型中收集門廊、屋檐廊道、天棚廊道和其他附屬房屋設施，而無需選擇在地面上的投影點，減少了人為因素造成的誤差;三維映射可以從多個視角收集數據。與全站儀相比，盲點非常小，減少了復雜地形上支點引起的誤差，突出了精度方面的優(yōu)勢。（2）與傳統(tǒng)的測繪操作相比，節(jié)省了來自外部行業(yè)，層數、屬性等的屋檐校正測繪。方便快捷，高效，快速地完成測繪任務，大大降低了測量單元的運行成本。

參考文獻

[1] 姜麗麗.基于傾斜攝影測量1∶500比例尺地形圖測繪的關鍵技術研究[J].測繪與空間地理信息，2019（6）：55-58.

[2] 陳明杰.無人機傾斜攝影測量三維建模及模型可視化研究[D].西安：西安科技大學，2019.

[3] 秦義杰.傾斜攝影在現代測繪中的應用[J].智能城市，2019（5）： 66-69.

[4] 謝林甫.航空與地面數據集成的城市三維建模方法[D].武漢：武漢大學，2019.

[5] 周小杰.無人機傾斜攝影技術在大比例尺地形圖測繪中的應用[J].城市勘測，2019（2）：55-58.

[6] 蔣敏潔.基于無人機傾斜攝影數據的地類邊界劃分[D].西安：西安科技大學，2019.