應(yīng)用傾斜攝影三維建模的不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪技術(shù)研究

段隆輝

（佛山市高明區(qū)不動(dòng)產(chǎn)登記中心，廣東 佛山 528500）

1 引言

房產(chǎn)和地籍測(cè)繪的主要對(duì)象是面積、權(quán)屬、結(jié)構(gòu)屬性以及房屋用途。傳統(tǒng)房地產(chǎn)測(cè)繪存在勞動(dòng)密集、費(fèi)時(shí)、成本高的問題，近年發(fā)展起來的基于無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量模型的重建技術(shù)，憑借數(shù)據(jù)采集成本低、效率高、實(shí)時(shí)重建3D 模型等優(yōu)勢(shì)，可應(yīng)用于房地產(chǎn)測(cè)量和制圖實(shí)際生產(chǎn)中[1]。

本文介紹了基于傾斜攝影三維建模的房地產(chǎn)調(diào)查和制圖方法，結(jié)合測(cè)量實(shí)踐，經(jīng)比較分析，結(jié)果表明：與傳統(tǒng)的房地產(chǎn)測(cè)量和制圖相比，該方法優(yōu)勢(shì)明顯。

2 基于傾斜攝影三維建模的不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪方法

本文采用圖像控制點(diǎn)設(shè)計(jì)和測(cè)量、航空?qǐng)D像采集、空三解算、三維模型和正射影像生成、裸眼3D 采集等方法，具體流程如圖1 所示。

2.1 無(wú)人機(jī)傾斜攝影數(shù)據(jù)采集

圖1 技術(shù)流程

無(wú)人機(jī)傾斜航測(cè)通過在無(wú)人機(jī)上安裝五鏡頭傾斜攝像機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行，其中一個(gè)鏡頭捕獲地面目標(biāo)正射影像，其他四個(gè)鏡頭收集地面目標(biāo)前后左右影像，在拍攝時(shí)獲取POS 數(shù)據(jù)，包括圖像方向、位置、高度和減少間距姿態(tài)信息。超低空飛行的無(wú)人機(jī)高度設(shè)置為60到80 m，獲取更高地面分辨率圖像，確保3D 模型重建的準(zhǔn)確性。若調(diào)查區(qū)域高度差較大，則分區(qū)域采集圖像并建模。采用高密度相位控制，即圖像控制點(diǎn)每100 ～200m 放置一次，每平方公里40 個(gè)以上圖像控制點(diǎn)需預(yù)先布設(shè)，以針對(duì)遠(yuǎn)距離減少模型的幾何變形。

2.2 傾斜攝影三維模型重建

傾斜攝影三維模型重建通過對(duì)傾斜攝影獲取的影像進(jìn)行多視影像聯(lián)合平差、多視影像密集匹配，即基于物方的多視立體匹配、構(gòu)建TIN 格網(wǎng)、紋理映射等而實(shí)現(xiàn)[2]。多視影像聯(lián)合平差基于影像間的幾何變形和遮擋問題，結(jié)合POS 數(shù)據(jù)在每級(jí)影像上進(jìn)行同名點(diǎn)匹配和自由網(wǎng)光束法平差；多視影像密集匹配，即檢索多視影像上的特征點(diǎn)、特征線，確定二維矢量數(shù)據(jù)集，將不同視角二維數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)化為三維矢量數(shù)據(jù)，進(jìn)行濾波處理，融合不同匹配單元，形成統(tǒng)一數(shù)字表面模型。

2.3 三維裸眼采集

用裸眼進(jìn)行三維采集是基于建筑物側(cè)面分散點(diǎn)的正交性原理，采集三維房屋，這主要是以常規(guī)房屋的相鄰面為特征。這些相鄰面彼此垂直、相同高度和相對(duì)面彼此平行。三維EPS 采集系統(tǒng)二、三維操作界面聯(lián)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，確保房屋的邊緣、角落和模型完美契合[3]。

3 試驗(yàn)及精度分析

測(cè)區(qū)位于廣東省佛山市順德區(qū)一個(gè)村莊，面積約0.5 平方公里，主要是住宅，建筑物多為3 ～4 層。試驗(yàn)使用配備了五鏡頭傾斜攝像機(jī)的六旋翼無(wú)人機(jī)采集圖像數(shù)據(jù)（如圖2 所示）。無(wú)人機(jī)相對(duì)高度65m，飛行速度8.2m/s，航向重疊率80%，橫向重疊75%，圖像尺寸4864 像素×3648 像素，圖像背景的分辨率1.2cm。

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)基于傾斜攝影三維建模的房地產(chǎn)測(cè)繪方法，首先，為檢查圖像質(zhì)量，對(duì)傾斜圖像數(shù)據(jù)預(yù)處理；調(diào)整圖像色差，降低斜射曝光時(shí)圖像中每種光的對(duì)比度，

圖2 傾斜攝影測(cè)量（傾斜視角和垂直視角）

減少?gòu)?qiáng)度不一致帶來的模型精度引起的誤差影響；檢查POS 數(shù)據(jù)并刪除姿態(tài)不好的影像。其次，將預(yù)處理的傾斜圖像導(dǎo)入Smart3D 進(jìn)行空三處理，生成數(shù)字表面模型（DSM）和數(shù)字正射影像（DOM）。然后將DSM和DOM 導(dǎo)入EPS 三維采集系統(tǒng)，收集地形特征和地貌，獲得平面圖和三維地圖，如圖3 所示。

3.2 精度分析

房地產(chǎn)測(cè)量和制圖、地籍測(cè)量、其他房地產(chǎn)測(cè)量和制圖的精度要求是基于界址點(diǎn)位置誤差，相鄰界址點(diǎn)間距誤差及面積測(cè)量精度。對(duì)每個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析。

圖3 平面圖（左）和三維立體圖（右）

（1）界址點(diǎn)精度分析：為驗(yàn)證房地產(chǎn)平面圖的點(diǎn)的精度，收集了拐角、墻、道路拐角等特征點(diǎn)，并以這些點(diǎn)的坐標(biāo)為房地產(chǎn)平面圖的驗(yàn)證點(diǎn)，計(jì)算驗(yàn)證點(diǎn)誤差，確認(rèn)是否滿足相關(guān)規(guī)范。試驗(yàn)采用常規(guī)測(cè)量方法，共采集620 個(gè)檢測(cè)點(diǎn)（部分界址點(diǎn)精度分析如表1 所示），計(jì)算后的檢測(cè)點(diǎn)誤差為0.03m。其中，455 點(diǎn)的點(diǎn)誤差在區(qū)間[0，m]，146 點(diǎn)的點(diǎn)誤差在區(qū)間[m，2m]，大于2m的點(diǎn)數(shù)為19，總誤差率為3.1%，可以看出，檢測(cè)點(diǎn)的位置誤差符合標(biāo)準(zhǔn)要求（平均誤差m為5cm）。 （2）邊長(zhǎng)精度分析：為驗(yàn)證邊長(zhǎng)精度，選46 條邊進(jìn)行平面內(nèi)分析，并在測(cè)區(qū)測(cè)量了46 條邊的長(zhǎng)度作為檢查依據(jù)。經(jīng)計(jì)算，檢查邊的長(zhǎng)度誤差為0.037m，其中39 個(gè)邊邊長(zhǎng)誤差絕對(duì)值在區(qū)間[0，m]，6 個(gè)邊邊長(zhǎng)絕對(duì)值為誤差的絕對(duì)值，誤差區(qū)間[m，2m]的邊長(zhǎng)誤差，一側(cè)大于2m，總誤差率為2.2%?？傻贸觯壕萓AV傾斜攝影三維建模（即相鄰界址點(diǎn)間的距離）的建筑物邊長(zhǎng)測(cè)量結(jié)果符合要求（每5cm 需要平均誤差m）。 （3）面積精度分析：選擇并測(cè)量計(jì)劃中15 棟房屋的面積，作為檢查面積精度的基礎(chǔ)。具體數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表2 所示。15 棟房屋中，6 處面積誤差的絕對(duì)值在[0，m]范圍，9 處的面積誤差的絕對(duì)值在9 的范圍內(nèi)，房屋的范圍是[m，2m]。因此，基于無(wú)人機(jī)傾斜攝影的3D 建模房地產(chǎn)地形和測(cè)繪面積測(cè)量的精度符合規(guī)范要求。

表1 界址點(diǎn)精度分析

表2 面積精度統(tǒng)計(jì)

通過對(duì)界址點(diǎn)位置誤差、相鄰界址點(diǎn)間距誤差、面積測(cè)量精度的比較分析可知，采用傾斜攝影的3D 建模方法，獲取的房地產(chǎn)測(cè)量和制圖精度，滿足規(guī)范要求，該技術(shù)用于房地產(chǎn)測(cè)量和制圖有效。

4 相較傳統(tǒng)不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪具有的優(yōu)勢(shì)

本文將無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的3D 建模技術(shù)用于房地產(chǎn)測(cè)量和制圖。與傳統(tǒng)不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪相比，優(yōu)點(diǎn)如下： （1）不需進(jìn)入院子，只需在開闊地測(cè)量，即可得到真實(shí)三維模型，且可以將五點(diǎn)方法用于模型中。 （2）可直接在3D 模型中采集門廊、屋檐廊道、天棚廊道和其他附屬房屋設(shè)施的數(shù)據(jù)，無(wú)需選擇地面上的投影點(diǎn)，減少了人為因素造成的誤差；三維映射可從多個(gè)視角收集數(shù)據(jù)。與全站儀相比，盲點(diǎn)極小，減少了復(fù)雜地形上支點(diǎn)引起的誤差，突出了精度優(yōu)勢(shì)。（3）節(jié)省了來自層數(shù)、屬性等的屋檐校正測(cè)繪，方便、快捷、高效，降低了測(cè)量單元的運(yùn)行成本。