基于傾斜實景模型的空間三維不動產測量方法研究

劉 輝

（塔城地區(qū)國土資源規(guī)劃研究院，新疆 塔城 834700）

0.引言

不動產是我國資產的另一種表現(xiàn)形式，主要是指土地、建筑物及其他土地定著物。每一個用戶所擁有的不動產都需要到自然資源局進行登記，以便國家更好地進行地籍管理。不動產登記中最重要的任務之一就是不動產測量。以往的不動產測量主要通過工作人員手動進行的，需要長期在外作業(yè)，不僅作業(yè)量大、效率還低，另外，還易受到外界環(huán)境的影響，得到的測量結果多以二維平面的形式展現(xiàn)，無法直觀，全面、精準地顯示不動產準確信息。面對上述情況，如何提高不動產測量工作質量成為不動產登記部門一直致力研究的問題。

針對上述問題的研究，隨著科學技術的發(fā)展，很多新興技術用于不動產測量當中，進行輔助工作。常用的技術主要有三種：即三維激光掃描技術、遙感衛(wèi)星技術、航空攝影技術。這些技術雖然能夠保證圖像信息的準確性，但是由于都是從單一的角度采集的圖像，因此，在后期建立不動產三維空間與人眼視覺的真實直觀世界存在一定的差距。

針對上述研究，本次研究將傾斜攝影技術應用到不動產測量工作當中。傾斜攝影技術與一般圖像采集技術相比，優(yōu)勢在于是從多個角度獲取不動產影像，故采集到圖像信息更為全面，因此，在后期構建的不動產三維模型更為直觀、立體。本研究主要分為三部分：第一部分利用傾斜攝影技術采集不動產圖像并預處理；第二部分建立不動產空間三維圖像；第三部分繪制不動產地籍圖，在三維不動產模型上標注土地權屬界線、面積和土地功能等要素，實現(xiàn)空間三維不動產測量研究。通過本研究以期提高不動產登記工作質量，提高作業(yè)效率，為相關領域提供一定的幫助。

1.基于傾斜攝影技術的不動產測量研究

不動產登記關系到千家萬戶的土地使用權利的行使以及國家對土地的管理和規(guī)劃。在不動產登記中，不動產測量是一項最重要的任務，主要工作是采集不動產圖像，然后，在其上標注一些地籍信息，讓人能直觀看到不動產信息。以往不動產測量多是在二維平面上標注信息，非專業(yè)人員很難理解，因此，為提高不動產信息直觀性，本研究利用傾斜攝影技術建立三維實景模型，完成測量工作。

1.1 基于傾斜攝影技術的不動產圖像采集與處理

不動產圖像采集的測量工作的首要環(huán)節(jié)，采集到的圖像質量關系到測量數據的準確性。以往常用的不動產圖像采集方法主要有三種：即三維激光掃描技術、遙感衛(wèi)星技術、航空攝影技術，這些技術各有優(yōu)缺點，不能滿足不動產詳細測量的需要。幾種采集技術的對比（如表1所示）：

表1 圖像采集技術對比

從表1可知：方法各有優(yōu)缺點?；诖?，本研究利用新興的傾斜攝影技術作為采集技術，應用到不動產圖像采集工作當中。傾斜攝影技術彌補了上述三種采集技術的缺點，同時由于搭載的采集設備為五鏡頭相機，采集到的圖像信息更加全面，不僅包含了垂直方面上的圖像，還包含了傾斜方向上的圖像，能夠從多個視角觀察不同表面的信息，全方位獲取目標不動產輪廓、紋理等信息。

在利用傾斜攝影技術采集圖像前，需要注意一個重要的問題，就是像控點布設。像控點就是攝影測量的控制點。在無人機搭載五鏡頭相機航測時，通過使用實時動態(tài)定位（RTK），或者全站儀在所拍攝的測區(qū)內建立的具有標志性的真實坐標點，通過所做的像控點，可以對后期無人機航測出的坐標點進行矯正，從而完成無人機的測量，這直接關系到后期內業(yè)制作三維模型和編繪成圖的精度[1]。像控點布設原則如下：

（1）像控點選擇的位置要盡量均衡分布在研究區(qū)內；

（2）布設在同一位置的像控點應聯(lián)測成平高點；

（3）像控點應避免布設成直線或近似直線的形式；

（4）布設在同一位置的平面點和高程點應盡量聯(lián)測成平高點；

（5）像控點布設盡量確保成圖滿幅；

（6）每個點位做成像控點標記時用手機拍攝最少兩張圖像。

不動產圖像在采集之后，為保證后期建模精度，需要對圖像進行預處理。預處理工作目的是去除圖像噪聲，提高圖像清晰度。然而，一般濾波方法在去除噪聲的同時，也會把邊緣細節(jié)信息模糊掉。為解決這一問題，在這里采用一種雙邊濾波算法進行去噪，雙邊濾波算法數學模型，如式（1）所示：

式（1）中，p=（x，y）為圖像I的一個坐標點；BIp為雙邊濾波后的圖像灰度值；q=（u，vw）為圖像I另一個坐標點灰度值，即q∈s，s為鄰域像素點集合。

其中，

式（2）、式（3）、式（4）中，Wp為歸一化因子；Gσs、Gσr為代表空間鄰近度因子和灰度相似度因子、距離標準差和灰度標準差。

1.2 不動產空間三維實景建模

基于上述采集并處理好的不動產圖像、像控點坐標數據以及無人機飛行POS數據，結合三維建模軟件，進行不動產空間三維建模[2]。建?；玖鞒蹋ㄈ鐖D1所示）：

圖1 不動產空間三維建模流程

首先將建模需要的基礎數據輸入到建模軟件當中，其次在軟件中選取特征提取功能，提取不動產圖像中的特征點，重復提取過程，直至所有不動產圖像都完成提取工作，然后對不同圖像中的像素點進行多視角影像密集匹配，恢復圖像的空間位置和姿態(tài)，生產點云數據，接著基于點云數據建立三維格網，并進行紋理貼圖，最后進行漏洞修復、渲染、修飾、烘焙等等，提高三維模型的逼真程度[3]。

整個三維建模過程較為復雜，需要在建模軟件幫助下完成。目前，常用的三維建模軟件有三種，其各自特點（如表2所示）：

表2 三維建模軟件對比表

1.3 不動產信息標注

基于上述建立的不動產三維模型，隨后進入最后一個環(huán)節(jié)，即在模型上標注相關數據信息，并繪制地籍圖[4]。繪制過程如下：

（1）將整個研究區(qū)內不動產三維模型劃分為若干個區(qū)塊；

（2）將建立場景模型添加到各個區(qū)塊所對應的地塊上去；

（3）將地籍信息，如，不動產位置、面積、尺寸、高度等數據文件貼合到三維模型當中；

（4）調整與校正；

（5）生成地籍圖；

（6）獲得不動產登記測量表[5]。

2.實例分析

為測試所研究方法在不動產測量工作中的應用性能，以Smart 3D軟件為輔助，進行實例分析與測試。

2.1 研究區(qū)概況

以某村落為例，作為不動產測量方法測試研究區(qū)。該村落總面積546.5km2，總人口為2354人，其中，居民居住面積471.36 km2，公共設施面積54.62 km2，其他功能區(qū)面積20.52 km2。建筑類型多為平房，很少一部分為低矮樓層。研究區(qū)示意圖（如圖2所示）：

2.2 不動產圖像采集

以一架無人機搭載五鏡頭相機組成傾斜攝影設備，采集圖2研究區(qū)內的不動產圖像，采集場景（如圖3所示）。

圖2 研究區(qū)示意圖

圖3中，無人機為A-051 多旋翼無人機。該無人機最大荷載為10kg，起飛重量為28kg，最長飛行時間為6h，最大起飛海拔高度2500m，定位精度為≤1m，最大抗風等級為6級，最大水平飛行速度為100km/h。

圖3 采集場景圖

圖3中，五鏡頭相機SHARE-1005。它是賽爾無人機旗下第三代五相位傾斜攝影相機，相機具有重量輕、像素高、畫幅大、焦距長、操作便捷、穩(wěn)定安全等優(yōu)勢。相機參數如下：有效像素為2430w總像素，傳感器尺寸為APS畫幅（23.5 mm×15.6mm），傾斜角度為45°，存儲容量為320G，曝光為飛控觸發(fā)曝光（曝光時間≥0.8s），鏡頭焦距為35mm×4+25mm定焦測繪鏡頭。

傾斜攝影設備工作參數設置如下：地面分辨率為2cm，航高為80m，旁向重疊度為75%，航向重疊度為80%，POS數據格式為TXT，影像格式為JPG。

2.3 像控點布設方案

基于本文像控點布設原則，在研究區(qū)中央布設1個高程點，然后圍繞這一點在周圍布設8個平高點，布設方案（如圖4所示）：

圖4 像控點布設方案

2.4 不動產三維模型

選擇表2介紹的三維建模軟件中的Smart 3D建立不動產三維模型，建立結果（如圖5、圖6所示）：

圖5 不動產三維模型

圖6 不動產三維局部模型

2.5 地籍信息標注

在建立的不動產三維模型上標注地籍信息，完成地籍圖繪制，結果（如圖7所示）：

圖7中，用戶不動產生成的對應登記測量表（如圖8所示）：

圖7 地籍信息標注結果圖

圖8 不動產登記測量表示意圖

2.6 測量精度分析

選取圖5中5棟不動產建筑作為測量精度分析對象，對模型中具有代表性的特征高度、特征邊長進行多次量測求取平均值，再結合竣工驗收測量數值進行對比分析。結果（如表3所示）：

表3 測量精度統(tǒng)計表

其中，中誤差的數學計算公式，如式（5）所示：

式（5）中，Δ為真誤差；n為觀測值數量；[ ]為求和符號。

從表3中可以看出：對照《三維地理信息模型數據產品規(guī)范》，5棟不動產建筑高度和長度的最小誤差，最大誤差以及中誤差均小于0.5m，說明方法所測量結果能夠滿足Ⅰ級精度，達到了目標要求。

3.結束語

綜上所述，不動產作為資產的另一種表現(xiàn)形式，為方便國家對這部分進行管理和規(guī)劃，需要對不動產進行測量和登記，因此，本文對基于傾斜實景模型的空間三維不動產測量方法進行了研究。該方法創(chuàng)新點在于利用傾斜攝影技術采集到的不動產圖像信息更加全面，使得測量結果能夠更為直觀地表現(xiàn)出來，方便人們進行查閱。并通過實例分析，證明了所研究方法的有效性以及測量精度。然而，本研究仍存在不足之處，即不動產三維模型建模時所需要的數據沒有進行多次數據獲取，因此，建模存在一定的誤差，雖然誤差在可以接受的范圍內，但仍有進步的空間，因此，有待進一步分析和探討。