基于傾斜攝影三維建模的不動產(chǎn)測繪技術(shù)分析

文／潘才春 防城港市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)測繪院 廣西防城港 538000

引言：

不動產(chǎn)測繪涉及地籍測繪、房產(chǎn)測繪、海籍測量、林業(yè)資源測量等，其中以地籍測繪、房產(chǎn)測繪最為關(guān)鍵，地籍測繪、房產(chǎn)測繪結(jié)果是確定不動產(chǎn)權(quán)屬、面積、結(jié)構(gòu)的主要依據(jù)，關(guān)乎利益相關(guān)者權(quán)益。在現(xiàn)代化城鄉(xiāng)建設(shè)過程中，為高質(zhì)量推進城鄉(xiāng)規(guī)劃作業(yè)，需高精度完成不動產(chǎn)測繪工作，這就對測繪技術(shù)精度提出了較高要求，在此情況下，可引進傾斜攝影三維建模技術(shù)，在傾斜攝影基礎(chǔ)上構(gòu)建三維模型，控制測繪誤差。

1.傾斜攝影三維建模不動產(chǎn)測繪技術(shù)

傳統(tǒng)正射影像是基于垂直角度拍攝采集不動產(chǎn)目標(biāo)物信息，所得出的不動產(chǎn)目標(biāo)物信息存在完整性不足的缺陷，而傾斜攝影則良好解決了該問題，憑借其技術(shù)優(yōu)勢，現(xiàn)已成為主流的測繪技術(shù)之一，在此基礎(chǔ)上，為便于測繪成果的有效應(yīng)用，傾斜攝影技術(shù)與三維技術(shù)相結(jié)合，形成傾斜攝影三維建模技術(shù)，將傾斜攝影結(jié)果轉(zhuǎn)化為三維模型，用于直觀化、全方位地呈現(xiàn)不動產(chǎn)狀況[1]。傾斜攝影三維建模應(yīng)用了激光雷達(dá)掃描技術(shù)，輔以機載多角度傾斜攝影，完成攝影采集后重建三維模型。在此過程中，激光雷達(dá)技術(shù)多以飛行器（如無人機）為載體，憑借激光發(fā)射器發(fā)射激光，對不動產(chǎn)目標(biāo)物進行掃描，根據(jù)激光反射時間及角度而得出地表激光數(shù)據(jù)，進一步將激光數(shù)據(jù)加以解析處理，則可獲取到完整不動產(chǎn)信息。

傾斜攝影三維建模技術(shù)的運行原理是基于飛行平臺裝載多個傳感器，從1 個垂直角度、4 個傾斜角度進行拍攝測量，以此獲取不動產(chǎn)目標(biāo)物影像信息，得到基礎(chǔ)影像數(shù)據(jù)后構(gòu)建三維模型。借助后期數(shù)據(jù)處理軟件計算多角度影像數(shù)據(jù)及激光點云數(shù)據(jù)，在算法結(jié)算運行下自動化生成三維數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理角度高于傳統(tǒng)技術(shù)10 倍，可精度更加可靠。完成多角度影像數(shù)據(jù)及激光點云數(shù)據(jù)的計算處理后，則可基于處理后的數(shù)據(jù)搭建三維模型，真實且直觀呈現(xiàn)不動產(chǎn)情況。近幾年隨著城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃的持續(xù)推進，各地均產(chǎn)生了較高不動產(chǎn)測繪需求，傾斜攝影三維建模技術(shù)為不動產(chǎn)測繪工作的開展提供了新手段、新思路。傾斜攝影三維建模技術(shù)可批量化快速完成不動產(chǎn)地物信息的采集與拍攝，且可根據(jù)測繪成果應(yīng)用需求而按照相應(yīng)規(guī)格構(gòu)建三維模型，真實呈現(xiàn)地物細(xì)節(jié)，此外，三維模型軟件還可對接至各個信息平臺內(nèi)，便于傳輸與應(yīng)用。因此，以傾斜攝影三維建模為核心的不動產(chǎn)測繪技術(shù)優(yōu)勢顯著，現(xiàn)已被應(yīng)用至多個領(lǐng)域中，如智慧城市、數(shù)字城市、城市房產(chǎn)管理等。

2.傾斜攝影三維建模在不動產(chǎn)測繪中的應(yīng)用優(yōu)勢

相較于傳統(tǒng)測繪技術(shù)，傾斜攝影三維建模在不動產(chǎn)測繪中的較高優(yōu)勢。（1）地物高度還原。傾斜攝影能夠多個角度完成地物信息的采集與測量，全方位了解不動產(chǎn)目標(biāo)物實際情況，完成多角度信息數(shù)據(jù)測量獲取后，則可進一步構(gòu)建三維模型，高度還原目標(biāo)物實際情況，真實呈現(xiàn)其形狀及色彩。（2）測量參數(shù)全面。傾斜攝影三維建模技術(shù)應(yīng)用過程中，通過技術(shù)處理方式獲取精確的目標(biāo)物長度、寬度及角度數(shù)據(jù)，且誤差較低，精度達(dá)標(biāo)，能夠得出不動產(chǎn)全面化測繪數(shù)據(jù)。（3）紋理細(xì)致采集。相較而言，傾斜攝影三維建模技術(shù)可精確采集目標(biāo)不動產(chǎn)側(cè)面紋理，借助傾斜相機視角得出紋理圖像，并經(jīng)過特征提取及信息處理，獲取目標(biāo)物紋理數(shù)據(jù)，并將其呈現(xiàn)至三維模型中[2]。

3.基于不動產(chǎn)測繪實例的傾斜攝影三維建模技術(shù)應(yīng)用分析

3.1 案例概況

為提高該次傾斜攝影三維建模不動產(chǎn)測繪技術(shù)的應(yīng)用分析質(zhì)量，本次選取廣西某村落不動產(chǎn)測繪工程為實例展開分析。案例農(nóng)村共計147 戶，多為平房，僅部分房屋為二層，不動產(chǎn)建筑整體高差較小。該農(nóng)村順應(yīng)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，對村落內(nèi)部不動產(chǎn)進行測繪調(diào)查，將其作為農(nóng)村規(guī)劃的主要依據(jù)。為實現(xiàn)高質(zhì)量農(nóng)村規(guī)劃，需盡可能提升房屋不動產(chǎn)測繪精度，經(jīng)綜合分析后，選用傾斜攝影三維建模技術(shù)，借助無人機飛行器傾斜攝影，采集村落房屋數(shù)據(jù)信息，并將其輸入至建模軟件內(nèi)，構(gòu)建村落不動產(chǎn)模型，直觀呈現(xiàn)房屋結(jié)構(gòu)及分布狀況。

3.2 參數(shù)設(shè)置

傾斜攝影主要依靠無人機飛行器航行而實現(xiàn)，因此，在傾斜攝影三維建模技術(shù)應(yīng)用期間，需根據(jù)村落待測不動產(chǎn)實際情況設(shè)定航行參數(shù)。為保證傾斜攝影質(zhì)量，提升測繪效果，對待測不動產(chǎn)周邊環(huán)境進行勘察，確定適宜航行傾斜測量時間段及起降區(qū)域。

3.2.1 航線規(guī)劃

科學(xué)確定傾斜測量航線參數(shù)，如相對航高、重疊度、航線參數(shù)。

（1）相對航高。借助式（1）公式計算得出相對航高數(shù)據(jù)，根據(jù)表1 所示分辨率與比例尺之間的關(guān)系而確定地面分辨率。

表1 分辨率與比例尺之間的關(guān)系

式（1）中，H 表示相對航高，GSD 代指地面分辨率，f 為傾斜攝影相機焦距，而α 為像元大小。而在案例農(nóng)村不動產(chǎn)測繪項目中，因農(nóng)村區(qū)域相對較小，故選用1:300的測圖比例尺，相對應(yīng)的地面分辨率為1.5cm，經(jīng)計算后，得出相對航高為100m。

（2）重疊度。該參數(shù)通常處于60%～90%之間，需根據(jù)實際測量需求進行確定，在案例不動產(chǎn)測繪工程中，航向重疊度與旁向重疊度均為85%。

（3）航線參數(shù)。結(jié)合不動產(chǎn)情況確定航線參數(shù)，結(jié)合案例村落不動產(chǎn)測繪工程來看，相對航高為100m，航線間距為18.21m，拍攝間距為12.13m，轉(zhuǎn)彎半徑為100m，航線入口緩沖為100m，旁向前擴展及旁向后擴展均為2 個單位，航線前擴展與航向后擴展均為150m[3]。

3.2.2 作業(yè)飛行

傾斜測量飛行作業(yè)需盡可能選擇在晴朗無風(fēng)的天氣條件下，案例村落不動產(chǎn)傾斜測量選擇10:00～16:00 時間區(qū)間內(nèi)，同時于傾斜攝影測量過程中實時監(jiān)測航行實況，若發(fā)現(xiàn)突發(fā)狀況則可及時應(yīng)對。

結(jié)合案例村落不動產(chǎn)測量工程來看，其選用六旋翼無人機（如圖1 所示），相機型號為索尼 RX1RM2，相機橫放置于無人機結(jié)構(gòu)中，相機航向像素與旁向像素分別為5304 及7952。

圖1 六旋翼無人機

3.3 布置像控點

像控點布置屬于傾斜攝影三維建模測繪技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對像控點布置要求進行總結(jié)，具體如下：（1）于不動產(chǎn)測區(qū)內(nèi)部設(shè)置控制網(wǎng)，所設(shè)像控點需達(dá)到六度重疊或五度重疊。（2）像控點需符合公用需求，且與圖像邊緣應(yīng)至少具有1.5cm 的距離。（3）若按照不動產(chǎn)測區(qū)圖廓線情況確定測區(qū)范圍，則需將像控點布置于圖廓線外側(cè)，呈現(xiàn)出成圖滿幅的效果，保證測繪質(zhì)量。

現(xiàn)階段不動產(chǎn)測繪技術(shù)中主要包括兩種像控點布置方案，其一為航帶網(wǎng)法，其二為區(qū)域網(wǎng)法。（1）航帶網(wǎng)法。又可分為五點法、六點法、八點法，是指在航帶周邊對稱均勻布置像控點的方式。（2）區(qū)域網(wǎng)法。該方式是指將于不動產(chǎn)測區(qū)中央位置增設(shè)高程點，以此為中心，于中央點位周邊設(shè)置多個平高點。在案例村落不動產(chǎn)測繪工程中，采用區(qū)域網(wǎng)法布置像控點位。

3.4 像控點選測

隨著測繪技術(shù)發(fā)展，GPS 技術(shù)與RTK 技術(shù)日漸完善，其測量精度優(yōu)異，故在該次廣西某村落不動產(chǎn)測量工程中，選用GPS-RTK 技術(shù)進行像控點選測，運用流動站方式對像控點坐標(biāo)進行測定。

對像控點選測標(biāo)準(zhǔn)進行確定，（1）構(gòu)建基準(zhǔn)站。像控點測量應(yīng)注重判讀，輔以測量，于測量之前構(gòu)建基準(zhǔn)站，要求基準(zhǔn)站盡可能位于不動產(chǎn)測區(qū)中央?yún)^(qū)域，且需便于架設(shè)與看護?；鶞?zhǔn)站測量區(qū)域半徑應(yīng)低于4km，與此同時，要求基準(zhǔn)點所選地點易于辨別，且不具有較大局部高差變化，若轉(zhuǎn)角呈弧形，或具有較大斜坡、影像模糊，則不適合設(shè)置基準(zhǔn)站。為便于后續(xù)測量與應(yīng)用，基準(zhǔn)站構(gòu)建期間需做好相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄統(tǒng)計工作。（2）確定像控點精度。對于相對鄰近的點位，要求平面像控點、平面像控點誤差均低于0.2mm，而對于像控點的高程數(shù)據(jù)，其誤差則需低于0.1m。（3）外業(yè)像控點選擇。可將像控點布置于道路交叉口、田坎交匯處、地類界轉(zhuǎn)角、房檐邊角、水池邊角等棱角分明、特征分明且相對規(guī)格的區(qū)域內(nèi)，以便內(nèi)業(yè)人員能夠精準(zhǔn)判讀，防止外業(yè)與內(nèi)業(yè)判讀出現(xiàn)差異而影響整體測繪質(zhì)量。在此期間，若將房檐邊角設(shè)置為像控點，則需將房檐高程點作為高程標(biāo)準(zhǔn)，同時需做好該高程點的標(biāo)注，以免出現(xiàn)錯誤判讀的情況。為避免影響像控點選測效果，不可將像控點布置于獨立墳、中央電桿、獨立樹、非固定地物（車輛等）、圓形地物中央等區(qū)域。（4）像控點信息實時記錄。在像控點選擇與測量過程中，可按照“十字絲”方式標(biāo)注像控點影像點位，借助文字詳細(xì)描述點位位置，確保內(nèi)業(yè)人員能夠準(zhǔn)確判讀，在此基礎(chǔ)上，按照統(tǒng)一格式記錄像控點信息，如像控點名稱、像控點坐標(biāo)、點位略圖、點位全圖、點位詳圖、作業(yè)人員、點位備注說明等[4]。

3.5 三維建模

無人機飛行器傾斜測量得出案例村落不動產(chǎn)圖像信息后，借助三維重建算法構(gòu)建不動產(chǎn)測繪模型，以傾斜測量真實數(shù)據(jù)為支撐確定精準(zhǔn)方位數(shù)據(jù)，采用特征匹配的方式確定點位，并進一步借助密集匹配算法、聚簇算法構(gòu)建高密度點云，以點云為依據(jù)構(gòu)建模型，映射不動產(chǎn)紋理數(shù)據(jù)，以此則可構(gòu)建得出不動產(chǎn)測繪三維模型。

對傾斜測量三維建模流程進行總結(jié)，具體如下：

（1）新建文件，將無人機傾斜測量所得不動產(chǎn)影像組導(dǎo)入建模文件內(nèi)，借助建模軟件檢測功能查驗無人機傾斜測量圖像是否存在缺失現(xiàn)象[5]。（2）通過內(nèi)定向、相對定向、絕對定向進行空三加密（其流程可見圖2）。內(nèi)定向時，運用三維建模軟件自動讀取相機內(nèi)部參數(shù)，如主點坐標(biāo)、相機主距、物理尺寸分辨率等，對相機參數(shù)內(nèi)定向處理。由測繪人員檢查內(nèi)定向結(jié)果，確認(rèn)數(shù)據(jù)合格后展開相對定向處理，匹配個體模型連接點。在此基礎(chǔ)上展開絕對定向處理，相對定向精度代表后轉(zhuǎn)刺外業(yè)地面像控點，繼而展開絕對定向。（3）導(dǎo)入GPS 數(shù)據(jù)及MU 數(shù)據(jù)，為便于數(shù)據(jù)識別，需將GPS 數(shù)據(jù)及MU 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為建模軟件可識別的數(shù)據(jù)格式，將其導(dǎo)入軟件內(nèi)，進一步設(shè)置其他參數(shù)及點位坐標(biāo)。（4）完成上述數(shù)據(jù)處理后，將空三計算結(jié)果進行提交。（5）導(dǎo)入控制點，格式處理控制點文件，確?？刂泣c數(shù)可良好適應(yīng)建模軟件需求?？刂泣c文件數(shù)據(jù)導(dǎo)入建模軟件后，對坐標(biāo)系進行細(xì)化調(diào)整并進行控制點刺點。（6）刺點處理且提交空三計算結(jié)果，在此期間注意檢查空三精度，要求誤差數(shù)據(jù)均低于0.5m，若不符合標(biāo)準(zhǔn)，則需重復(fù)刺點，待空三精度達(dá)標(biāo)后，則可進入模型構(gòu)建生產(chǎn)環(huán)節(jié)。（7）選擇三維模型空間系統(tǒng)，采用平面網(wǎng)格切塊的形式構(gòu)建三維模型，對瓦片大小進行調(diào)整。完成處理后提交建模項目，選擇空間參考系統(tǒng)、三維模型輸出格式以及保存路徑，遞交建模任務(wù)后，軟件程序則會自動完成傾斜攝影三維模型的構(gòu)建。（8）三維模型生成后，檢查模型構(gòu)建質(zhì)量及格式，確認(rèn)模型質(zhì)量及輸出格式符合要求后，則可將所構(gòu)建的模型上傳至網(wǎng)絡(luò)，與不動產(chǎn)測繪工程相關(guān)主體實現(xiàn)共享。

3.6 繪制地籍圖

運用不動產(chǎn)調(diào)查軟件進行地籍圖采集與繪制，對傾斜測量攝影及三維建模成果進行統(tǒng)計與總結(jié)，做好成果轉(zhuǎn)化，將傾斜攝影原始數(shù)據(jù)及三維模型導(dǎo)入不動產(chǎn)調(diào)查軟件中，轉(zhuǎn)換格式并自動加載正射影像，確定圖層命令后采集地籍圖數(shù)據(jù)，即房屋界址點、宗地界址點，基于所構(gòu)建的三維模型及不動產(chǎn)實際情況繪制房屋及宗地范圍線。在此期間，需注意觀察與確定原始數(shù)據(jù)及三維模型形式，記錄數(shù)據(jù)屬性，以免后續(xù)數(shù)據(jù)屬性沖突而造成不必要的工作量。完成數(shù)據(jù)采集后，以DWG 格式將測繪數(shù)據(jù)上傳至軟件內(nèi)，以免外業(yè)調(diào)繪。借助CASS 制圖軟件繪制地籍圖，將地籍圖繪制結(jié)果與村落不動產(chǎn)實際情況進行對比，修正差異數(shù)據(jù)，補測遺漏數(shù)據(jù)，匯總內(nèi)業(yè)成果，以此即可得出符合案例村落實際情況的地籍圖。

3.7 精度評價

受到儀器系統(tǒng)、人為操作的影響，傾斜測量三維建模測繪過程中可能出現(xiàn)誤差數(shù)據(jù)，為實現(xiàn)誤差控制，通常需多次測量得出平均值。因此，為了解該次案例村落傾斜測量三維建模不動產(chǎn)測繪效果，從多個角度進行精度評價。

3.7.1 空三精度評價

空三加密精度直接決定不動產(chǎn)測繪精度，并影響三維建模質(zhì)量，為檢驗空三精度，主要運用中誤差數(shù)據(jù)進行衡量。結(jié)合案例村落不動產(chǎn)測繪工程項目來看，其共選取28 個控制點進行空三精度計算與評價，所得誤差數(shù)據(jù)如下所示：（1）最大誤差。最大平面誤差、最大重投影均方根誤差、最大高程誤差、最大三維誤差分別為0.13cm、0.1px、-0.16cm、0.21cm。（2）最小誤差。最小平面誤差為0.01cm，最小重投影均方根誤差為0，最小高程誤差為0，最小三維誤差為0.02cm。（3）中誤差。平面誤差、重投影均方根誤差、高程誤差、三維誤差分別為0.05cm、3.44px、0.05cm、0.07cm。結(jié)合上述空三精度誤差數(shù)據(jù)可見，案例村落采用傾斜攝影三維建模不動產(chǎn)測繪技術(shù)所得出的空三精度較高，誤差均低于國家標(biāo)準(zhǔn)（0.5m），符合高精度三維建模要求及不動產(chǎn)測繪結(jié)果應(yīng)用需求。

3.7.2 模型整體評價

對傾斜攝影三維建模成果精度進行評價，以《三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范》得出平面精度規(guī)范及地形精度規(guī)范。明確評價標(biāo)準(zhǔn)后，于建模軟件內(nèi)打開三維模型文件，定位控制點并對其位置坐標(biāo)進行測量，統(tǒng)計控制點坐標(biāo)，進一步運用中誤差公式進行計算，得出模型高程及平面中誤差數(shù)據(jù)。計算控制點坐標(biāo)誤差數(shù)據(jù)，得出三維模型水平方向中誤差、垂直方向中誤差、平面中誤差、高程中誤差數(shù)據(jù)分別為0.041m、0.029m、0.052m、0.060m，均低于《三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范》所提出的0.5m標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)語：

綜上所述，傾斜攝影三維建模在不動產(chǎn)測繪工程中具有顯著優(yōu)勢，即地物高度還原、測量參數(shù)全面、紋理細(xì)致采集等，符合不動產(chǎn)測繪高精度要求。在案例不動產(chǎn)測繪工程項目中，選擇傾斜攝影三維建模技術(shù)進行測繪，科學(xué)設(shè)置測繪參數(shù)并規(guī)劃航線，根據(jù)待測不動產(chǎn)實際情況布置像控點，進行像控點選測，在此基礎(chǔ)上搭建三維模型，基于三維模型繪制地籍圖。完成上述作業(yè)后從多個角度進行精度評價，用于了解傾斜攝影三維建模技術(shù)的不動產(chǎn)測繪精度。在案例農(nóng)村不動產(chǎn)測繪項目中，傾斜攝影三維建模技術(shù)表現(xiàn)出了優(yōu)異精度。