傾斜攝影和三維建模技術(shù)及其在農(nóng)村房地一體項(xiàng)目中的應(yīng)用探討

朱義

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心河北總隊(duì)，河北保定 071051）

1 引言

近年來(lái)，隨著農(nóng)村城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)，對(duì)房地一體項(xiàng)目的要求也越來(lái)越高，其中，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)、實(shí)景三維模型制作技術(shù)為此提供了有利的技術(shù)條件。本文結(jié)合房地一體項(xiàng)目的主要內(nèi)容和特點(diǎn)，對(duì)傾斜攝影與三維模型技術(shù)在房地一體項(xiàng)目中的應(yīng)用做了分析和總結(jié)。

2 房地一體項(xiàng)目主要實(shí)施內(nèi)容及特點(diǎn)

2.1 主要工作內(nèi)容

2.1.1 基礎(chǔ)控制測(cè)量

基礎(chǔ)控制測(cè)量包括設(shè)計(jì)、準(zhǔn)備工作、選點(diǎn)埋石、外業(yè)數(shù)據(jù)采集、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)平差處理等步驟。

測(cè)量方案根據(jù)測(cè)區(qū)任務(wù)要求具體情況而定。選擇E 級(jí)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）控制網(wǎng)、城市四等GNSS 控制網(wǎng)或者城市一級(jí)GNSS 控制網(wǎng)。

基礎(chǔ)控制點(diǎn)選擇在固定且不易被破壞的位置，同時(shí)能夠滿足整個(gè)測(cè)區(qū)的測(cè)量要求。控制點(diǎn)密度要滿足相關(guān)測(cè)量規(guī)范的要求?？刂泣c(diǎn)標(biāo)志一般為預(yù)制混凝土標(biāo)石，然后運(yùn)送到選點(diǎn)位置進(jìn)行埋設(shè)。硬化路面可以采用不銹鋼標(biāo)志。

外業(yè)數(shù)據(jù)采集通常采用GNSS 接收機(jī)靜態(tài)觀測(cè)模式，聯(lián)測(cè)已知高等級(jí)控制點(diǎn)和待定點(diǎn)，進(jìn)行衛(wèi)星同步觀測(cè)。然后利用相關(guān)軟件進(jìn)行計(jì)算，獲得控制點(diǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)。

平差完成后，對(duì)控制點(diǎn)成果進(jìn)行邊長(zhǎng)和點(diǎn)位檢測(cè)，滿足要求后方可使用。

2.1.2 地籍測(cè)繪

地籍測(cè)繪的主要內(nèi)容：圖根測(cè)量，界址點(diǎn)測(cè)量、地籍圖測(cè)量。

圖根測(cè)量遵循控制測(cè)量的基本原則，通常采用網(wǎng)絡(luò)RTK的方法施測(cè)。經(jīng)過(guò)2 次以上測(cè)量，然后取各次測(cè)量中數(shù)作為圖根點(diǎn)成果。

界址點(diǎn)是宗地的四周形狀具有界址意義的拐點(diǎn)。界址點(diǎn)精度根據(jù)界址點(diǎn)種類有不同，一般為±5 cm。測(cè)量方法采用電子全站儀解析法測(cè)繪，網(wǎng)絡(luò)RTK 方法，攝影立體測(cè)量法等。

地籍圖測(cè)量方法為電子全站儀解析法進(jìn)行碎部測(cè)量。按照規(guī)范規(guī)定的投影方法、比例關(guān)系和專用符號(hào)描述地籍及有關(guān)地物、地貌要素的圖，是地籍測(cè)繪的基礎(chǔ)資料之一。

2.1.3 房產(chǎn)圖測(cè)繪

房產(chǎn)圖是反映房屋基本情況和權(quán)屬界線的圖件，分為房產(chǎn)分幅圖、房產(chǎn)分宗圖和房產(chǎn)分戶圖。

1）房產(chǎn)幅圖可在已有地籍圖的基礎(chǔ)上通過(guò)添加房產(chǎn)調(diào)查成果制得，也可以以地形圖為基礎(chǔ)測(cè)制，還可以單獨(dú)測(cè)繪，多采用解析法和丈量法結(jié)合。分幅圖上主要標(biāo)示的地籍要素和房產(chǎn)要素有：控制點(diǎn)、行政境界線、宗地界線、房屋平面圖、宗地號(hào)、幢號(hào)、房屋產(chǎn)權(quán)號(hào)、門牌號(hào)、結(jié)構(gòu)、層數(shù)、房屋用途和用地分類等。

2）房產(chǎn)分宗圖是繪制房屋不動(dòng)產(chǎn)權(quán)證附圖。

3）房產(chǎn)分戶圖是繪制局部圖，以一戶產(chǎn)權(quán)人為單位，表示房屋權(quán)屬范圍內(nèi)的細(xì)部圖，以明確異產(chǎn)毗鄰房屋的權(quán)屬界線，供核發(fā)房屋產(chǎn)權(quán)證的附圖使用。

2.1.4 地籍調(diào)查

地籍調(diào)查的內(nèi)容有：土地權(quán)屬調(diào)查、土地利用現(xiàn)狀調(diào)查和房產(chǎn)調(diào)查等。

1）外業(yè)權(quán)屬調(diào)查是以外業(yè)的方式調(diào)查每塊宗地的權(quán)利人相關(guān)信息、宗地相關(guān)信息、權(quán)屬來(lái)源信息等。主要有調(diào)查底圖制作、現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)、現(xiàn)場(chǎng)指界、記錄等步驟。

2）土地利用現(xiàn)狀調(diào)查是以一定行政區(qū)域?yàn)閱挝?，查清區(qū)內(nèi)各種土地利用類型面積、分布和利用狀況。

3）房產(chǎn)調(diào)查對(duì)象主要是房屋，需要調(diào)查房屋的權(quán)利人、來(lái)源、產(chǎn)別、建筑結(jié)構(gòu)、建成年份、用途等信息。

2.1.5 變更測(cè)量

變更測(cè)量是地籍測(cè)繪工作完成后，對(duì)出現(xiàn)變更的情況進(jìn)行維護(hù)和管理。工作內(nèi)容和上述地籍測(cè)繪相同，對(duì)象為發(fā)生變更的房屋、界址點(diǎn)、權(quán)屬界線等。

2.2 項(xiàng)目難點(diǎn)

2.2.1 需要投入大量的外業(yè)測(cè)繪人員

農(nóng)村房屋較為密集，通常采用電子全站儀解析法進(jìn)行地籍測(cè)繪。為保證生產(chǎn)效率以及房地一體成果現(xiàn)勢(shì)性的要求，必須投入大量的作業(yè)組進(jìn)行地籍圖測(cè)、房產(chǎn)測(cè)繪、繪及界址點(diǎn)測(cè)量，才能保證后續(xù)地籍調(diào)查、房產(chǎn)調(diào)查等步驟的順利進(jìn)行。

2.2.2 外出務(wù)工人員大大降低了實(shí)際工作效率

大量的農(nóng)村人員外出打工，農(nóng)村很多宅戶沒(méi)有人。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪、指界及調(diào)查工作都需要戶主現(xiàn)場(chǎng)配合，故工作效率大打折扣。

2.2.3 對(duì)于隱蔽的界址點(diǎn)、地物點(diǎn)，精度難以保證

對(duì)于較為隱蔽的界址點(diǎn)、地物點(diǎn)，常采用電子全站儀解析法測(cè)繪，當(dāng)圖根點(diǎn)測(cè)站不能直接采集時(shí)，需要進(jìn)行支站處理，導(dǎo)致測(cè)量精度不夠。

2.2.4 地籍圖調(diào)繪工作量較大

地籍圖調(diào)繪需要投入更多的人力才能保障調(diào)繪的效率以及內(nèi)業(yè)工作。

2.2.5 圖根點(diǎn)難以保存

農(nóng)村人口集中，圖根控制點(diǎn)一般采用水泥釘或者刻石的方式，容易丟失，并且因解析法的采集效率問(wèn)題，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生補(bǔ)圖根的現(xiàn)象。

3 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量與三維建模技術(shù)

3.1 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量

3.1.1 像片控制點(diǎn)測(cè)量

像片控制點(diǎn)是測(cè)繪航空攝影、傾斜攝影測(cè)量的基礎(chǔ)。需要在航空攝影、傾斜攝影前完成。

3.1.2 像控點(diǎn)布設(shè)

野外像控點(diǎn)是航測(cè)內(nèi)業(yè)加密控制點(diǎn)和測(cè)圖的依據(jù)，通常采用區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)方案[1]。

1）依據(jù)區(qū)域網(wǎng)的劃分原則，每一個(gè)區(qū)的航線一般在6 條之內(nèi)每條航線的基線數(shù)在12～13 條，每個(gè)區(qū)的像對(duì)數(shù)控在80個(gè)之內(nèi)。

2）區(qū)域網(wǎng)采用周邊布設(shè)平高點(diǎn)，重點(diǎn)設(shè)檢查點(diǎn)，加測(cè)高程點(diǎn)（內(nèi)插高程點(diǎn)）。

在航飛前，先在室內(nèi)進(jìn)行像控點(diǎn)布設(shè)方案設(shè)計(jì)，根據(jù)布點(diǎn)原則和本測(cè)區(qū)的具體情況，采用區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)方案進(jìn)行布設(shè)。像控標(biāo)志點(diǎn)不能設(shè)在隱蔽地帶、成片水域和強(qiáng)電磁波干擾源附近。像控點(diǎn)均在實(shí)地制作標(biāo)志點(diǎn)，標(biāo)志點(diǎn)形狀呈直角的L 形或者對(duì)三角標(biāo)志（見圖1），標(biāo)志點(diǎn)尺寸不小于0.5 m×0.5 m，水泥地面上用紅色油漆或者白色涂刷而成，非水泥地面為了保證標(biāo)志與地面反差非常明顯，用石灰在地面涂抹而成或者預(yù)先做好靶標(biāo)，便于在影像上進(jìn)行識(shí)別，像控點(diǎn)測(cè)量必須在航飛之前完成，且時(shí)間間隔不能超過(guò)7 d，保證航片上清晰顯示地面標(biāo)志，確保在空三加密像控點(diǎn)刺點(diǎn)精度。

圖1 像控點(diǎn)標(biāo)志示意圖

3.1.3 像控點(diǎn)測(cè)量

1）像片控制點(diǎn)測(cè)量采用CORS-RTK 按照?qǐng)D根點(diǎn)的精度進(jìn)行采集。在進(jìn)行像控點(diǎn)測(cè)量之前，先檢核高等級(jí)控制點(diǎn)。

2）像片控制點(diǎn)樁選擇瀝青馬路或不宜被破壞、利于保存的地方。

3）采集的同時(shí)進(jìn)行像片控制點(diǎn)的描述，繪制草圖，記錄編號(hào)，進(jìn)行3 個(gè)方向拍照，留取影像。

3.1.4 傾斜攝影測(cè)量

借助低空無(wú)人機(jī)，可快速采集原始影像數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化三維建模，傾斜攝影數(shù)據(jù)是帶有空間位置信息的可量測(cè)影像數(shù)據(jù)，能同時(shí)輸出DSM、TDOM、DLG 等成果。

一般采用電動(dòng)型低空無(wú)人機(jī)飛行器，搭載航攝像機(jī)，集成有5 個(gè)鏡頭，分別從前、后、左、右、垂直5 個(gè)方向?qū)Φ匚镞M(jìn)行拍攝，同時(shí)應(yīng)用后差分技術(shù)提高像片的外方位元素的精度。視角航拍，獲取不同角度的傾斜影像數(shù)據(jù)，如圖2 所示。

圖2 傾斜攝影測(cè)量示意圖

3.2 三維建模

3.2.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

無(wú)人機(jī)按計(jì)劃的航線進(jìn)行航飛后，經(jīng)過(guò)地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)處理并按規(guī)范檢查，得出符合要求的航攝數(shù)據(jù)，提交下列數(shù)據(jù)。

1）原始影像以及攝站坐標(biāo)POS 數(shù)據(jù)

無(wú)人機(jī)低空航攝需要進(jìn)行相機(jī)畸變糾正才能用于后期空三處理。攝站坐標(biāo)POS 數(shù)據(jù)是指每張像片曝光時(shí)的像片中心坐標(biāo)數(shù)據(jù)，它是與像片一一對(duì)應(yīng)的，包括像片中心點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)（X、Y、Z）和飛行姿態(tài)參數(shù)（O、P、K）[2]。

2）像控點(diǎn)數(shù)據(jù)

像控點(diǎn)數(shù)據(jù)包括像控點(diǎn)坐標(biāo)和點(diǎn)之記以及像控點(diǎn)刺點(diǎn)圖，點(diǎn)之記主要記錄像控點(diǎn)所在位置的信息，刺點(diǎn)圖記錄的是像控點(diǎn)在圖上的準(zhǔn)確位置，方便空三加密時(shí)刺控制點(diǎn)。

3）機(jī)相鑒定報(bào)告文件

機(jī)相鑒定報(bào)告包括相機(jī)類型、像幅大小、像元大小、主點(diǎn)坐標(biāo)（x0、y0）、焦距f、徑向畸變系數(shù)k1、徑向畸變系數(shù)k2、偏心畸變系數(shù)p1、偏心畸變系數(shù)p2、CCD 非正方形比例系數(shù)α、CCD 非正交性畸變系數(shù)β、像方坐標(biāo)及畸變分布示意圖等。

3.2.2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理一般均采用法國(guó)公司的ContextCapture Center進(jìn)行空中三角測(cè)量、控制點(diǎn)加密、平差、三維建模等步驟生產(chǎn)三維模型成果。

1）空中三角測(cè)量

將準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件中，進(jìn)行空三設(shè)置。設(shè)置完成后提交空中三角測(cè)量。空三設(shè)置包括：照片路徑、坐標(biāo)系統(tǒng)設(shè)置、影像使用率設(shè)置、照片重采樣設(shè)置、定向方式設(shè)置、特征點(diǎn)密度設(shè)置、二維碼靶標(biāo)相關(guān)設(shè)置、平差方式設(shè)置、相機(jī)參數(shù)設(shè)置等。

空三完成后，要進(jìn)行檢查。首先，保證General 選項(xiàng)卡中顯示Georeferencing 情況的空三結(jié)果，才能進(jìn)行下一步操作。然后，在特征點(diǎn)的三維視圖中檢查又沒(méi)有明顯的分層或交叉現(xiàn)象

2）空三刺點(diǎn)優(yōu)化

空三完成后，需要將像控點(diǎn)導(dǎo)入項(xiàng)目中，將空三納入實(shí)地坐標(biāo)系統(tǒng)中。導(dǎo)入像控點(diǎn)之前需要先選擇坐標(biāo)系，坐標(biāo)系根據(jù)像控點(diǎn)的坐標(biāo)系進(jìn)行選擇。投影要設(shè)置正確。

刺點(diǎn)完成后，設(shè)置優(yōu)化選項(xiàng)，提交，平差完成即可。滿足要求后可進(jìn)行模型生產(chǎn)。

3）模型生產(chǎn)

建模開始之前，必須進(jìn)行建模參數(shù)設(shè)置，建模之前必須設(shè)置的內(nèi)容：坐標(biāo)系統(tǒng)、成果格式、模型成果范圍、坐標(biāo)原、瓦片大小等。

設(shè)置完成后提交生產(chǎn)。

4 三維建模在房地一體項(xiàng)目中的應(yīng)用

4.1 三維立體數(shù)據(jù)采集

裸眼3D 信息采集形成信息化的DLG 數(shù)據(jù)，特點(diǎn)是：完全面向?qū)ο蟮膭?dòng)態(tài)符號(hào)化，一套數(shù)據(jù)二三維符號(hào)一致、圖屬一體化、圖庫(kù)一體化。所有地理要素全部用骨架線+屬性的方式描述，完全滿足GIS 建庫(kù)與應(yīng)用需求，在顯示與打印環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)符號(hào)化，完全滿足圖式規(guī)范與制圖需求。

按模型進(jìn)行全要素采集，做到不變形、不移位、無(wú)錯(cuò)漏。采集過(guò)程認(rèn)真識(shí)別，沒(méi)有遺漏，以最大限度地減少外業(yè)補(bǔ)測(cè)工作量和內(nèi)業(yè)后期編輯的工作量。

4.2 傾斜攝影和三維建模技術(shù)分析

1）在進(jìn)行外業(yè)像控點(diǎn)布設(shè)時(shí)，為了確保數(shù)學(xué)精度和紋理精度達(dá)到要求，在農(nóng)村房地一體項(xiàng)目中，像控點(diǎn)密度上進(jìn)行了加大。像控點(diǎn)平均密度為120 m。

2）在進(jìn)行傾斜攝影測(cè)量時(shí)，采用焦距更大的數(shù)碼航攝儀獲取的原始影像的地面分辨率更高，優(yōu)于2 cm。為保證精度，可以采用較高的重疊度，航向重疊度為85%，旁向重疊度為75%。

3）玻璃幕墻、釉面墻磚等高反射的材質(zhì)少，反射折射現(xiàn)象沒(méi)有城市中多，光線不雜亂。后期軟件在處理模型紋理方面容易，不出問(wèn)題。

4）對(duì)象為仿真立體模型，裸眼直接觀測(cè)，和傳統(tǒng)立體測(cè)圖不同，通過(guò)建立立體像對(duì)恢復(fù)立體模型，更加直觀。

5）三維模型可以自由旋轉(zhuǎn)角度，對(duì)于建筑物可以旋轉(zhuǎn)模型直接采集到建筑物角點(diǎn)，無(wú)須外業(yè)再進(jìn)行房檐改正工作。提高了精度。

6）內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集，采用二三維同步顯示，效率高，一邊采集一邊觀察，如果出現(xiàn)問(wèn)題可以實(shí)時(shí)糾正[3]。

5 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合傳統(tǒng)地籍測(cè)繪的難點(diǎn)和傾斜攝影、三維建模技術(shù)的分析，兩者結(jié)合對(duì)比，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1）根據(jù)業(yè)主方的要求與項(xiàng)目區(qū)具體情況，結(jié)合傾斜攝影測(cè)量、三維模型制作成果，基礎(chǔ)控制測(cè)量可以不做，或者基礎(chǔ)控制點(diǎn)數(shù)量可以減少，以達(dá)到后期成果檢測(cè)要求即可。項(xiàng)目成本得到了節(jié)約。

2）基于三維模型技術(shù)的三維立體數(shù)據(jù)采集，在地籍測(cè)繪、房產(chǎn)圖測(cè)繪、地籍調(diào)查等方面有極大的優(yōu)勢(shì)。外業(yè)方面只需投入傾斜攝影測(cè)量作業(yè)人員和布設(shè)像控點(diǎn)作業(yè)人員即可。不論是生產(chǎn)效率還是項(xiàng)目成本節(jié)約方面，都得到了節(jié)約。

3）因其工作效率的優(yōu)勢(shì)，故房地一體項(xiàng)目成果的現(xiàn)勢(shì)性獲得了有力的保障。

4）三維模型技術(shù)是一種成熟的仿真技術(shù)，是實(shí)景的仿真立體模型，人的肉眼可以直接觀測(cè)，對(duì)于農(nóng)戶來(lái)說(shuō)辨識(shí)非常容易和方便，外業(yè)調(diào)查指界等，結(jié)合模型成果，非常利于工作的開展。對(duì)于地籍測(cè)繪、房產(chǎn)圖測(cè)繪等來(lái)說(shuō)，對(duì)工作人員的工作的輔助性極大。

5）促進(jìn)了作業(yè)方式的轉(zhuǎn)變，將大量的外業(yè)工作轉(zhuǎn)化到了內(nèi)業(yè)，在保證現(xiàn)勢(shì)性的同時(shí)，因其相對(duì)較低的時(shí)間成本、人力成本、項(xiàng)目成本，故行業(yè)本身也是一種有利的發(fā)展。