低空攝影測量在三維農(nóng)房不動產(chǎn)中的應(yīng)用研究

王 站楊 琦

（1.山西冶金巖土工程勘察有限公司，山西 太原030002；2.北京山維科技股份有限公司，北京102206）

0.引言

2014年7月，國務(wù)院常務(wù)會議討論了有序推進農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)移人口市民化和《不動產(chǎn)登記暫行條例（征求意見稿）》；相關(guān)部門聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于開展國家新型城鎮(zhèn)化綜合試點工作的通知》，明確提出將宅基地和農(nóng)房納入全國統(tǒng)一的不動產(chǎn)登記體系，并建立和實施不動產(chǎn)統(tǒng)一登記制度[3]。隨后，國土、住建等部門發(fā)出通知，正式宣布將農(nóng)房納入不動產(chǎn)統(tǒng)一登記。

隨著無人機航空攝影測量技術(shù)的日趨成熟，低空攝影測量具有響應(yīng)速度快、精細度高、使用成本低、操作培訓(xùn)簡便、作業(yè)效率高等技術(shù)特點，在多云多霧、影像獲取困難、人員難以到達的地區(qū)應(yīng)用，具有明顯的可操作性優(yōu)勢。目前已經(jīng)有大量的傳統(tǒng)外業(yè)測繪工作的任務(wù)轉(zhuǎn)由無人機航空攝影測量所代替進行數(shù)據(jù)獲取。小型化無人機航空攝影測量，開始逐步在測繪、林業(yè)、礦山、交通、水利、國土、電力、環(huán)保、執(zhí)法等行業(yè)快速普及應(yīng)用，并成為傳統(tǒng)基礎(chǔ)空間信息獲取的新手段，大大提高了野外數(shù)據(jù)獲取的工作效率，降低了人員勞動強度，縮減了傳統(tǒng)作業(yè)的生產(chǎn)成本，并且提升了數(shù)據(jù)的實時性、準(zhǔn)確性和可視性。

傾斜攝影技術(shù)是測繪領(lǐng)域近些年發(fā)展起來的又一項高新技術(shù)，它顛覆了以往只能從垂直角度拍攝獲取影像的局限，采用在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，從多個角度采集影像數(shù)據(jù)[4]，獲取地面物體更為完整準(zhǔn)確的信息，通過專業(yè)的數(shù)據(jù)處理流程，生成的數(shù)據(jù)成果-實景三維模型，可以直觀地反映地物的外觀、位置、高度等屬性，將用戶引入了符合人眼視覺的真實直觀世界。

基于無人機傾斜攝影技術(shù)構(gòu)建實景三維模型的技術(shù)特點，可以解決在農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)確權(quán)項目實施中遇到的現(xiàn)場測繪難、核實數(shù)據(jù)難等問題。通過農(nóng)房不動產(chǎn)試點區(qū)域的技術(shù)探索，無人機傾斜攝影三維建模為農(nóng)房確權(quán)登記提供技術(shù)支持，數(shù)據(jù)成果對接自然資源部門不動產(chǎn)統(tǒng)一登記數(shù)據(jù)庫，最終實現(xiàn)房、地、人等數(shù)據(jù)信息整合在一個平臺中。同時實景三維模型直接用于農(nóng)房不動產(chǎn)登記發(fā)證，大大增加了證書的直觀可讀性，進一步提升服務(wù)群眾的能力。

1.低空傾斜攝影農(nóng)房不動產(chǎn)流程簡述

1.1 農(nóng)村房屋不動產(chǎn)登記權(quán)籍調(diào)查生產(chǎn)系統(tǒng)總體要求

（1）以宅基地和集體建設(shè)用地地籍（權(quán)籍）調(diào)查成果為基礎(chǔ)；

（2）全面查清集體所有土地上的未經(jīng)登記的房屋等建筑物、構(gòu)筑物權(quán)籍情況；

（3）全面查清新增的宅基地和集體建設(shè)用地以及地上房屋的權(quán)籍情況；

（4）農(nóng)房調(diào)查信息與權(quán)籍信息疊加；

（5）制作房地一體的不動產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查成果。按照《不動產(chǎn)登記暫行條例》首次登記的規(guī)定辦理不動產(chǎn)登記。

1.2 試點范圍及數(shù)據(jù)獲取過程

本項目試點在：陽泉孔南莊村，面積約0.3km2約230戶。采用六旋翼無人機搭載五鏡頭進行航拍，地面分辨率設(shè)置為1.5cm，飛行高度100m，飛行了3個架次，共用時4小時；采用單臺機器運行Smart3D模型處理軟件，對影像數(shù)據(jù)進行處理，直至獲取三維模型成果，共用時45小時。具體步驟如下：

1.2.1 像控點布設(shè)和采集

本次試點像控點采用提前布設(shè)標(biāo)識的方式，控制點布設(shè)遵循以下原則進行：

（1）控制點選擇目標(biāo)位置：目標(biāo)影像應(yīng)清晰，充分考慮側(cè)相機拍攝遮擋情況，確保標(biāo)志能在傾斜影像上正確辨識。

（2）控制點靶標(biāo)樣式：標(biāo)志點采用白色膩子粉和白色油漆在試驗區(qū)布設(shè)L型標(biāo)志，控制點靶標(biāo)旁側(cè)標(biāo)明點號（如圖1所示）：

圖1控制點靶標(biāo)樣式及觀測方式

（3）控制點觀測采用網(wǎng)絡(luò)RTK利用GSCORS模式進行，采用對中桿架設(shè)儀器，每個點獨立觀測兩次，每次觀測歷元不少于10個，兩次成果較差小于2.5cm，求取平均值作為最終成果。[1]

（4）控制點布設(shè)外業(yè)數(shù)據(jù)整理：采用事前像控，即飛行前完成像控布設(shè)。外業(yè)采集完數(shù)據(jù)后要及時制作控制點點位分布略圖、控制點點位信息表，準(zhǔn)確描述每個控制點的方位和位置信息，便于內(nèi)業(yè)刺點使用。

（5）控制點布設(shè)密度：根據(jù)1∶500成果精度要求，通常情況下，每平方公里需布設(shè)15個控制點，房屋密集區(qū)域約每150-200m間隔布設(shè)一個控制點，其他情況下，每300-400m間隔布設(shè)一個控制點；根據(jù)1∶1000成果精度要求，每平方公里布設(shè)8-10個控制點，房屋密集區(qū)域約300-400m間隔布設(shè)一個控制點，其他情況下，每500-600m間隔布設(shè)一個控制點。

（6）控制點布設(shè)原則：多布少用、保證正射及側(cè)視相機拍攝完整性。

1.2.2 飛行設(shè)計與實施

根據(jù)實際測區(qū)情況，來設(shè)置飛行參數(shù)，尤其注意飛行高度要根據(jù)成果比例尺來設(shè)定，航向和旁向距離要進行詳細計算，不能簡單地依據(jù)重疊率來設(shè)置。

（1）傾斜相機，正相機影像分辨率要≤1.5cm；

（2）飛行航高≤120m；

（3）旁向重疊率≥75%，航向重疊率≥80%，具體依實際情況設(shè)置；

（4）航線飛行方位角與房屋長方向垂直，可獲得更多的房屋側(cè)面紋理。

圖2（a）為正確航線。

圖2飛行航線方向（a） 飛行航線方向（b）

1.2.3 飛行質(zhì)量與影像質(zhì)量檢查

農(nóng)村不動產(chǎn)傾斜攝影外業(yè)數(shù)據(jù)獲取過程中需要實時對采集的數(shù)據(jù)進行質(zhì)量檢查，發(fā)現(xiàn)問題數(shù)據(jù)，根據(jù)情況進行補充采集，最終保證采集的外業(yè)數(shù)據(jù)合格。外業(yè)數(shù)據(jù)檢查的內(nèi)容包含以下幾個方面：

（1）飛行前航線設(shè)置情況；

（2）飛行過程中飛行姿態(tài)；

（3）每個架次飛行結(jié)束后檢查原始影像質(zhì)量；

（4）檢查每架次POS位置與原始影像數(shù)量一致性。

1.2.4 影像數(shù)據(jù)處理

采用smart 3D實景建模系統(tǒng)，把外業(yè)獲取的數(shù)據(jù)即以一組對靜態(tài)建模主體從不同的角度拍攝的數(shù)碼照片作為輸入數(shù)據(jù)源。加入各種可選的額外輔助數(shù)據(jù)：傳感器屬性（焦距、傳感器尺寸、主點、鏡頭失真），照片的位置參數(shù)（如GPS）、照片姿態(tài)參數(shù)（如INS）、控制點、等等...無需人工干預(yù)[2]，Smart3D在數(shù)小時的計算時間內(nèi)，根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)大小，能輸出高分辨率的帶有真實紋理的三角網(wǎng)格模型。Smart3D在處理過程中，執(zhí)行了空三關(guān)系解算，多視角影像密集匹配，構(gòu)建數(shù)字表面模型等環(huán)節(jié)。本次試點運行了45小時，輸出了三維格網(wǎng)模型。所輸出的三維格網(wǎng)模型準(zhǔn)確、精細地復(fù)原出各個農(nóng)房的真實色澤、幾何形態(tài)及細節(jié)構(gòu)成[2]，成為后續(xù)矢量化提取的依據(jù)。

影像數(shù)據(jù)處理原則：

（1）空中三角測量像控點的刺設(shè)誤差控制在一個像素以內(nèi)；

（2）空中三角測量和三維建模過程不能對原始影像數(shù)據(jù)進行壓縮。

1.3 三維農(nóng)房數(shù)據(jù)采集及質(zhì)檢

1.3.1 二維、三維房產(chǎn)地籍圖生產(chǎn)

通過低空傾斜技術(shù)獲取的實景三維數(shù)據(jù)，可在EPS三維測圖模塊中經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后，加載到EPS軟件中進行房屋采集，從而轉(zhuǎn)換成符合二維、三維房產(chǎn)一體化數(shù)據(jù)的房產(chǎn)地籍圖（如圖3所示）：

1.3.2 房產(chǎn)地籍圖成果精度檢驗

1∶500房產(chǎn)地籍圖精度檢驗包括兩個方面：實測點位精度和邊長檢測。在陽泉孔南莊村實景傾斜三維數(shù)據(jù)上隨機抽取30個點位與農(nóng)村宅基地使用權(quán)數(shù)據(jù)進行精度對比，同時抽取30條不同位置和方位的邊長與宅基地使用權(quán)數(shù)據(jù)進行精度對比，對比結(jié)果是傾斜攝影成果與實測精度對比：平面位置中誤差：2.65cm，能夠滿足農(nóng)村房屋不動產(chǎn)登記權(quán)籍調(diào)查成果精度要求。（如表1所示）：

圖3二維、三維房產(chǎn)地籍圖生產(chǎn)

表1傾斜三維成果與宅基地使用權(quán)數(shù)據(jù)精度對比表

續(xù)：表1

1.4 不動產(chǎn)登記建庫

依托三維模型動態(tài)單體化技術(shù)，有效地對農(nóng)房進行落宗，在模型屬性中掛接相應(yīng)的不動產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查信息，同時，輸出相關(guān)的宗地圖、房產(chǎn)戶型圖等數(shù)據(jù)資料，真正的實現(xiàn)房地一體。EPS不動產(chǎn)權(quán)籍生產(chǎn)建庫系統(tǒng)還定制了數(shù)據(jù)庫質(zhì)檢功能，對數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化檢查、空間邏輯檢查、宗地空間數(shù)據(jù)檢查、房屋空間數(shù)據(jù)檢查、屬性數(shù)據(jù)檢查及自動修復(fù)。形成完整的、高質(zhì)的不動產(chǎn)登記信息數(shù)據(jù)。特別是，房屋三維圖可應(yīng)用于不動產(chǎn)權(quán)證發(fā)證中，增加了證書的直觀可讀性，成為普通民眾能看得懂的證書（如圖4所示）：

圖4實景三維不動產(chǎn)成果圖

2.技術(shù)體系優(yōu)勢

本項目對低空傾斜攝影測量技術(shù)的特點和發(fā)證現(xiàn)狀進行了深入研究，并將該技術(shù)與農(nóng)村房屋不動產(chǎn)系統(tǒng)要求進行結(jié)合，設(shè)計基于二維、三維一體化農(nóng)村不動產(chǎn)房屋登記權(quán)籍調(diào)查生產(chǎn)系統(tǒng)。通過陽泉孔南莊村的實踐，實踐檢驗證明了傾斜技術(shù)在其中的優(yōu)勢和該系統(tǒng)設(shè)計的可行性。

項目成果的技術(shù)特點和先進性有以下幾個方面：

（1）高精度。系統(tǒng)精度滿足房產(chǎn)精度要求，絕對精度平面±5cm，高程±10cm，相對精度±2cm。

農(nóng)村房屋不動產(chǎn)登記權(quán)籍調(diào)查工作具有政策性強、成果成圖精度要求高、調(diào)查內(nèi)容復(fù)雜、勞動強度大等特點。無人機傾斜攝影測量具有高度的靈活性和實用性，采取二維、三維房地一體化不動產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查的方法，方案設(shè)計科學(xué)，可操作性強，其整體精度要優(yōu)于傳統(tǒng)作業(yè)方式，成果成圖精度能夠滿足1∶500權(quán)籍圖成圖的要求。

（2）“進院”丈量容易。解決了常規(guī)測量方法組織實施困難的問題，直接在傾斜實景三維數(shù)據(jù)上進行丈量，使得農(nóng)村房屋不動產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查工作的組織實施更加容易。

農(nóng)村房屋不動產(chǎn)登記權(quán)籍調(diào)查工作是以農(nóng)村宅基地和集體建設(shè)用地使用權(quán)調(diào)查發(fā)證成果為基礎(chǔ)，土地權(quán)屬成果經(jīng)檢查后可以直接應(yīng)用，重點是對房屋建筑和構(gòu)筑物的調(diào)查和測量。采用傳統(tǒng)的全站儀或GPS接收機測量方法時，普遍存在“觀測死角”而無法直接進行測量，只能采取圖解法獲取坐標(biāo)值和幾何尺寸，勢必影響成圖成果精度。另外，廣大農(nóng)村農(nóng)民普遍存在外出務(wù)工，宅基地“鐵將軍把門”現(xiàn)象非常普遍，致使傳統(tǒng)測量方法入院現(xiàn)場測量實施困難。而采用無人機低空攝影測量技術(shù)可以直接在傾斜實景三維數(shù)據(jù)上進行丈量，使得“進院丈量”不再是困難，解決了農(nóng)村家里沒人或其他原因無法進院丈量難的問題。

（3）地上房屋變化易分析。二維、三維一體化數(shù)據(jù)融合，對新增宅基地、樓房變化、房屋拆建等問題分析容易。

房屋加層改造、新建、拆遷等變化，采取二維、三維一體化數(shù)據(jù)融合分析的方法，發(fā)現(xiàn)宅基地和集體建設(shè)用地的變化更加容易，可以確保成果的現(xiàn)勢性。

（4）高效率、低成本。通過低空無人機和高性能計算機采集和獲取實景三維成果大幅提升作業(yè)效率，明顯降低資金投入，經(jīng)濟效益顯著。

總體效率提高1-3倍，成本降低30%；通過農(nóng)村房地二、三維數(shù)據(jù)的融合，對權(quán)籍調(diào)查采用無紙信息化作業(yè)，權(quán)籍調(diào)查效率提高30-40%。

（5）成果形式多樣，可拓寬成果應(yīng)用領(lǐng)域，社會效益明顯。

采用無人機傾斜攝影測量技術(shù)獲取二維、三維的地理空間信息成果，成果形式多樣，可廣泛應(yīng)用于不動產(chǎn)調(diào)查、土地變更調(diào)查、行政執(zhí)法、征地拆遷、地質(zhì)災(zāi)害防治以及公安、消防、醫(yī)院、疾控、城建、規(guī)劃、緊急救援等領(lǐng)域，社會效益明顯。

（6）專業(yè)技術(shù)人員。低空傾斜測量技術(shù)需具有攝影測量和遙感專業(yè)背景的技術(shù)人員支撐，才能將傾斜技術(shù)在不動產(chǎn)系統(tǒng)中更好地應(yīng)用；

（7）云計算部署。低空傾斜技術(shù)獲取海量高分辨率影像，對影像的加工處理需要高性能的服務(wù)器才能完成。

3.結(jié)束語

本試點項目中使用了山維科技EPS三維農(nóng)房不動產(chǎn)系統(tǒng)，基于低空無人機傾斜攝影技術(shù)的裸眼三維測圖，同時面向三維農(nóng)房不動產(chǎn)登記發(fā)證。系統(tǒng)已在河南、山西、貴州、重慶等地不動產(chǎn)項目調(diào)查中應(yīng)用。技術(shù)工藝包括傾斜攝影測量、實景三維建模、三維農(nóng)房不動產(chǎn)等測繪新技術(shù)，成果各項指標(biāo)均滿足農(nóng)村不動產(chǎn)登記工作要求。

該技術(shù)工藝優(yōu)勢體現(xiàn)在以下6個方面：

（1）數(shù)據(jù)生產(chǎn)重心由外業(yè)轉(zhuǎn)為內(nèi)業(yè)、外業(yè)生產(chǎn)作業(yè)勞動強度降低；

（2）以實景三維模型數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，多視角作業(yè)，作業(yè)效率提升；

（3）生產(chǎn)過程干擾性因素少，且采集過程不受現(xiàn)場不配合影響；

（4）數(shù)據(jù)成果豐富，可視化效果好；

（5）三維農(nóng)房成果對未來自然資源數(shù)據(jù)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

該技術(shù)體系能夠系統(tǒng)解決農(nóng)村房屋不動產(chǎn)登記工作中房地信息不一致、房屋密集不通視、現(xiàn)場核實困難等問題，具有數(shù)據(jù)成果豐富、生產(chǎn)效率高等特點，成果可直接接入各應(yīng)用系統(tǒng)，為今后三維化的“自然資源一張圖”奠定基礎(chǔ)。