無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在不動產(chǎn)登記測量中的應(yīng)用研究與精度分析

楊 帆，魏 斌

（吉林交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 吉林 長春 130000）

1 引言

農(nóng)村房地一體不動產(chǎn)登記的主要內(nèi)容是根據(jù)地籍調(diào)查的相關(guān)要求，在調(diào)查范圍內(nèi)對宅基地和集體建設(shè)用地進(jìn)行所有權(quán)調(diào)查和地籍調(diào)查。同時，需要對地上房屋及其附屬設(shè)施進(jìn)行一定的調(diào)查和測量，這種方式可以為農(nóng)村房地一體不動產(chǎn)登記的認(rèn)證與登記提供相當(dāng)?shù)闹匾罁?jù)[1]。因此，在傳統(tǒng)不動產(chǎn)測量的基礎(chǔ)上，本文提出了一種基于無人機(jī)傾斜攝影的獲取數(shù)據(jù)方法，為農(nóng)村不動產(chǎn)的快速測量提供了新的解決方案。

無人機(jī)傾斜攝影測量，是通過無人機(jī)在現(xiàn)場拍攝航空傾斜影像的方式，再利用自動建模軟件來生成三維實(shí)景模型。生成的三維實(shí)景模型的效果十分逼真，同時支持瀏覽、量測等相關(guān)功能，因此可以滿足不動產(chǎn)登記測量中的應(yīng)用分析[2]。本文通過無人機(jī)的傾斜攝影測量技術(shù)生成三維實(shí)景模型，并在不動產(chǎn)登記測量中進(jìn)行研究與相關(guān)的精度分析。

利用傾斜攝影測量技術(shù)進(jìn)行三維實(shí)景建模的技術(shù)路線如圖1 所示。

2 應(yīng)用案例

2.1 項目概況

本項目位于長春地區(qū)的農(nóng)村區(qū)域，選取了長約0.9km、寬約0.42 km、面積約0.37 km2的一個行政村作為實(shí)驗(yàn)區(qū)域。根據(jù)橫向和縱向重疊設(shè)計了六條航線，并使用無人機(jī)搭載了5 個視角的傾斜攝影相機(jī)進(jìn)行航空攝影。對試點(diǎn)區(qū)域及航線重疊區(qū)域進(jìn)行像控點(diǎn)布設(shè)，為后續(xù)建模空三加密提供絕對定向。對所獲得的傾斜攝影數(shù)據(jù)進(jìn)行整理核對，并使用Smart3D 軟件自動構(gòu)建無人機(jī)攝影數(shù)據(jù)的真實(shí)三維模型。

在三維模型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用軟件在三維模型上進(jìn)行地物點(diǎn)的量測，再結(jié)合檢查數(shù)據(jù)，驗(yàn)證成果是否滿足不動產(chǎn)登記測量的規(guī)范要求[3]。

2.2 傳統(tǒng)三維模型分析

傳統(tǒng)的三維建模軟件包括3ds Max 及AutoCAD 等，然而采用這種方式生成的三維模型紋理效果往往與實(shí)際真實(shí)環(huán)境差異很大，并且生產(chǎn)過程中需要大量的人工參與，所需要的時間也更長，造成不動產(chǎn)登記測量的結(jié)果不符合實(shí)際情況，無法滿足實(shí)際的需要[4]。

2.3 無人機(jī)傾斜攝影數(shù)據(jù)獲取

根據(jù)項目分布區(qū)域確定飛行范圍，合理規(guī)劃飛行路線。根據(jù)攝區(qū)實(shí)際情況和航攝面積要求，共設(shè)計6 個飛行架次任務(wù)。傾斜攝影數(shù)據(jù)的特點(diǎn)有：（1）從不同的視覺角度、空間距離進(jìn)行拍攝，獲得更全面的影像資料，滿足模型各個方位的生成；（2）由于將攝像機(jī)安裝在飛行平臺上，確保了高分辨率和視野的最大化；（3）同一目標(biāo)區(qū)域的影像可能會存在多重分辨率的問題；（4）由于拍攝角度的緣故，會發(fā)生部分物體被遮擋的現(xiàn)象。

2.4 生成實(shí)景三維模型

該項目使用無人機(jī)搭載相機(jī)拍攝，照片為jpg 格式。原始數(shù)據(jù)總量50 G，建模區(qū)域地面走勢平坦，高程范圍為80 ～135 m。Smart3D 自動提取影像上的同名點(diǎn)進(jìn)行模型匹配，航飛照片共計5 335 張，經(jīng)篩選后使用照片總數(shù)5 266 張，照片使用率約為98.7%，提取特征點(diǎn)約42 萬個。首先對測區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行空三自動加密，根據(jù)自動加密結(jié)果對測區(qū)進(jìn)行人工空三加密，并適當(dāng)添加控制點(diǎn)、檢查點(diǎn)，對連結(jié)性不好的區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)點(diǎn)，檢查殘差報告以保證模型精度[5]。如圖2 所示。

在自由網(wǎng)平差結(jié)束后，進(jìn)行控制點(diǎn)平差，以確保模型的準(zhǔn)確度。首先，使用25 個控制點(diǎn)進(jìn)行校正，平差報告平面中誤差約為0.2 m。為了提高精度，繼續(xù)添加控制點(diǎn)，當(dāng)控制點(diǎn)達(dá)到63 個時，圖3 為平差結(jié)果。

從平差結(jié)果可以看出，控制點(diǎn)平面內(nèi)的中誤差為0.014 m，高程中誤差為0.014 m，檢查點(diǎn)平面的中誤差為0.049 m，高程中誤差為0.5 m。平面中誤差達(dá)到期望值。

在Smart3D 軟件上加載測區(qū)影像，進(jìn)行空三加密，影像密集匹配、聯(lián)合平差等，再生成點(diǎn)云、構(gòu)建TIN，創(chuàng)建DSM 并自動地將紋理映射到對應(yīng)的白膜上，最終，自動生成三維實(shí)景模型[6]，如圖4 所示。

2.5 三維模型立體測圖

2.5.1 工作流程

本項目應(yīng)用于真實(shí)三維場景進(jìn)行裸眼測圖，區(qū)別以往佩戴立體眼鏡在立體環(huán)境下進(jìn)行測圖，直接由三維模型上生產(chǎn)矢量數(shù)據(jù)。三維立體測圖由武漢天際航公司開發(fā)的DP-Modeler 軟件來實(shí)現(xiàn)[7]。傳統(tǒng)的成圖方法工作量大，操作步驟復(fù)雜。DP-Modeler 可以在生產(chǎn)中測量房屋矢量和點(diǎn)狀地物，提取高程點(diǎn)，可以將CASS 代碼賦予給地物，將成果直接導(dǎo)出到CASS 成圖。

2.5.2 工作步驟

使用DP-Modeler 軟件進(jìn)行測圖前，需要準(zhǔn)備好OSG格式的三維模型數(shù)據(jù)，畸變校正后的影像文件（jpg 或tif）和與影像對應(yīng)的加密信息文件。由于三維模型采用Smart3D 軟件生成，因此需要首先對文件進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換和整理，每個鏡頭角度需要整理成CAMB_1.camera、CAMB_1.imglst、CAMB_1.para 三個文件以滿足需要。

2.5.2.1 新建解決方案

打開JasNewslnManager 軟件，新建解決方案，導(dǎo)入OSG 文件。

2.5.2.2 二維矢量提取

通過用規(guī)定的符號提取地貌的平面位置和地形的高程位置來獲得矢量圖。

①線狀物提取

在設(shè)置面板，開啟模型吸附。

②點(diǎn)狀物矢量提取

三維自由視圖和影像投影視圖將視圖平分，在自由視圖找到電線桿模型，調(diào)用主影像視圖窗口，將模型旋轉(zhuǎn)90°，再調(diào)用副影像視圖窗口。設(shè)置基礎(chǔ)面后，在編碼管理中選擇點(diǎn)狀地物對應(yīng)編碼，在左下角選擇投影輔助模式，主影像視圖內(nèi)根據(jù)紫色垂直輔助線，確定位置，按住鎖定主影像視圖，在副影像視圖中根據(jù)垂直輔助線確定位置，兩條線相交處即是準(zhǔn)確的采集位置。

③等高線提取

在工具中選擇一般高程點(diǎn)，畫出等高線的輪廓線，選自動高程，選擇矢量范圍線，選擇“自動高程”，然后根據(jù)實(shí)際情況輸入一個值。單擊確定，軟件將根據(jù)DEM 自動打出相應(yīng)的高程點(diǎn)[8]。導(dǎo)出DAT 格式，在CASS里直接成圖。

2.5.2.3 房檐糾正

在視圖中選取角度合適的圖像，將視圖放大，使得矢量整體可以向內(nèi)偏移，輔助線和立面的相交線可以重合。接下來可以在局部調(diào)整矢量線，選擇未對齊的線，利用“編輯多面體”工具進(jìn)行局部調(diào)整。

2.5.2.4 屬性錄入

選擇矢量，打開“字段屬性”的面板，然后輸入與選擇矢量相對應(yīng)的屬性。

2.5.2.5 多角度檢查

選擇矢量線的所有點(diǎn)，然后再打開垂直輔助線。使用左相機(jī)視圖來切換四周的傾斜圖像，然后進(jìn)一步觀察輔助線與立面的相交線是否重合。

2.5.2.6 矢量導(dǎo)出

提取完整的要素矢量之后，在矢量測圖圖層管理器中導(dǎo)出。

3 精度驗(yàn)證

3.1 模型精度

表1 無人機(jī)有控平面精度統(tǒng)計

表2 無人機(jī)有控高程精度統(tǒng)計

為了評價基于Smart3D 軟件的實(shí)景三維模型成果的精確度，在實(shí)際生成模型上對其進(jìn)行檢測，并且均勻分布10 個檢查點(diǎn)以用于精確度檢測。平面坐標(biāo)精度中誤差達(dá)到了0.04 m，滿足不動產(chǎn)測量成果的規(guī)范要求。

3.2 測圖精度

表3 無人機(jī)三維模型立體測圖點(diǎn)位精度檢測表

本次項目通過DP-Modeler 軟件來進(jìn)行立體三維模型采集，最終可以得到矢量數(shù)據(jù)。經(jīng)過外業(yè)實(shí)地界址點(diǎn)和建筑物折點(diǎn)測量進(jìn)行精度驗(yàn)證，平面坐標(biāo)精度中誤差達(dá)到0.06 m，滿足不動產(chǎn)測量成果規(guī)范要求。根據(jù)實(shí)際測圖中發(fā)現(xiàn)，以模型為參照的測圖方式精度優(yōu)于以照片為參考的方式。統(tǒng)計結(jié)果受到測圖方式和人眼誤差的影像，粗差值較多，所以需要測圖人員選擇合適的測圖方式。在實(shí)際測圖中可以以模型測圖為主，照片測圖為輔，以減少測量誤差。

3.3 結(jié)果對比分析

本次試驗(yàn)的農(nóng)村地區(qū)不動產(chǎn)界址點(diǎn)要求精度達(dá)到5 厘米，最大不可超過7.5 厘米。通過統(tǒng)計結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無人機(jī)有控平面精度、有控高程精度均符合精度要求。三維模型立體測圖點(diǎn)位精度有所下降，但未超出限差要求。分析發(fā)現(xiàn)傾斜圖像具有大的傾斜角度，圖像在很大程度上變形，并且圖像匹配困難，導(dǎo)致精度不高。而且，在數(shù)據(jù)處理過程中，傾斜影像的低精度點(diǎn)也參與軟件系統(tǒng)的運(yùn)算過程，導(dǎo)致出現(xiàn)精度不穩(wěn)定現(xiàn)象，但能滿足不動產(chǎn)測量精度要求。

4 結(jié)語

本文在對傾斜攝影測量技術(shù)進(jìn)行理論研究的基礎(chǔ)上，運(yùn)用無人機(jī)進(jìn)行實(shí)測，并對三維實(shí)景建模技術(shù)和立體測圖等技術(shù)在不動產(chǎn)測量中進(jìn)行了研究與探索；同時對基于無人機(jī)獲取的不動產(chǎn)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行精度分析，取得了預(yù)期的效果。通過無人機(jī)進(jìn)行不動產(chǎn)傾斜攝影測量的方法，克服了傳統(tǒng)不動產(chǎn)測量耗時多、周期長、成本高等問題，同時數(shù)據(jù)可以達(dá)到所需的精度。在不動產(chǎn)測量的領(lǐng)域應(yīng)用傾斜攝影測量技術(shù)，充分展示了該技術(shù)快速高效成本低廉的特點(diǎn)，具有便捷性和高效性。對比其他不動產(chǎn)測量技術(shù)，傾斜攝影測量技術(shù)在平面和高程精度有所下降，但它采集到了豐富的側(cè)面影像數(shù)據(jù)，建立了可以應(yīng)用于不動產(chǎn)管理的實(shí)景三維模型，促進(jìn)了不動產(chǎn)測量工作的發(fā)展。