傾斜攝影和三維建模技術及其在農村房地一體項目中的應用探討

朱義

（中國建筑材料工業地質勘查中心河北總隊，河北保定 071051）

1 引言

近年來，隨著農村城鎮化的快速推進，對房地一體項目的要求也越來越高，其中，無人機傾斜攝影測量技術、實景三維模型制作技術為此提供了有利的技術條件。本文結合房地一體項目的主要內容和特點，對傾斜攝影與三維模型技術在房地一體項目中的應用做了分析和總結。

2 房地一體項目主要實施內容及特點

2.1 主要工作內容

2.1.1 基礎控制測量

基礎控制測量包括設計、準備工作、選點埋石、外業數據采集、內業數據平差處理等步驟。

測量方案根據測區任務要求具體情況而定。選擇E 級全球導航衛星系統（GNSS）控制網、城市四等GNSS 控制網或者城市一級GNSS 控制網。

基礎控制點選擇在固定且不易被破壞的位置，同時能夠滿足整個測區的測量要求?？刂泣c密度要滿足相關測量規范的要求?？刂泣c標志一般為預制混凝土標石，然后運送到選點位置進行埋設。硬化路面可以采用不銹鋼標志。

外業數據采集通常采用GNSS 接收機靜態觀測模式，聯測已知高等級控制點和待定點，進行衛星同步觀測。然后利用相關軟件進行計算，獲得控制點相關數據。

平差完成后，對控制點成果進行邊長和點位檢測，滿足要求后方可使用。

2.1.2 地籍測繪

地籍測繪的主要內容：圖根測量，界址點測量、地籍圖測量。

圖根測量遵循控制測量的基本原則，通常采用網絡RTK的方法施測。經過2 次以上測量，然后取各次測量中數作為圖根點成果。

界址點是宗地的四周形狀具有界址意義的拐點。界址點精度根據界址點種類有不同，一般為±5 cm。測量方法采用電子全站儀解析法測繪，網絡RTK 方法，攝影立體測量法等。

地籍圖測量方法為電子全站儀解析法進行碎部測量。按照規范規定的投影方法、比例關系和專用符號描述地籍及有關地物、地貌要素的圖，是地籍測繪的基礎資料之一。

2.1.3 房產圖測繪

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

1）房產幅圖可在已有地籍圖的基礎上通過添加房產調查成果制得，也可以以地形圖為基礎測制，還可以單獨測繪，多采用解析法和丈量法結合。分幅圖上主要標示的地籍要素和房產要素有：控制點、行政境界線、宗地界線、房屋平面圖、宗地號、幢號、房屋產權號、門牌號、結構、層數、房屋用途和用地分類等。

2）房產分宗圖是繪制房屋不動產權證附圖。

3）房產分戶圖是繪制局部圖，以一戶產權人為單位，表示房屋權屬范圍內的細部圖，以明確異產毗鄰房屋的權屬界線，供核發房屋產權證的附圖使用。

2.1.4 地籍調查

地籍調查的內容有：土地權屬調查、土地利用現狀調查和房產調查等。

1）外業權屬調查是以外業的方式調查每塊宗地的權利人相關信息、宗地相關信息、權屬來源信息等。主要有調查底圖制作、現場核實、現場指界、記錄等步驟。

2）土地利用現狀調查是以一定行政區域為單位，查清區內各種土地利用類型面積、分布和利用狀況。

3）房產調查對象主要是房屋，需要調查房屋的權利人、來源、產別、建筑結構、建成年份、用途等信息。

2.1.5 變更測量

變更測量是地籍測繪工作完成后，對出現變更的情況進行維護和管理。工作內容和上述地籍測繪相同，對象為發生變更的房屋、界址點、權屬界線等。

2.2 項目難點

2.2.1 需要投入大量的外業測繪人員

農村房屋較為密集，通常采用電子全站儀解析法進行地籍測繪。為保證生產效率以及房地一體成果現勢性的要求，必須投入大量的作業組進行地籍圖測、房產測繪、繪及界址點測量，才能保證后續地籍調查、房產調查等步驟的順利進行。

2.2.2 外出務工人員大大降低了實際工作效率

大量的農村人員外出打工，農村很多宅戶沒有人。現場測繪、指界及調查工作都需要戶主現場配合，故工作效率大打折扣。

2.2.3 對于隱蔽的界址點、地物點，精度難以保證

對于較為隱蔽的界址點、地物點，常采用電子全站儀解析法測繪，當圖根點測站不能直接采集時，需要進行支站處理，導致測量精度不夠。

2.2.4 地籍圖調繪工作量較大

地籍圖調繪需要投入更多的人力才能保障調繪的效率以及內業工作。

2.2.5 圖根點難以保存

農村人口集中，圖根控制點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題，經常會產生補圖根的現象。

3 無人機傾斜攝影測量與三維建模技術

3.1 無人機傾斜攝影測量

3.1.1 像片控制點測量

像片控制點是測繪航空攝影、傾斜攝影測量的基礎。需要在航空攝影、傾斜攝影前完成。

3.1.2 像控點布設

野外像控點是航測內業加密控制點和測圖的依據，通常采用區域網布點方案[1]。

1）依據區域網的劃分原則，每一個區的航線一般在6 條之內每條航線的基線數在12～13 條，每個區的像對數控在80個之內。

2）區域網采用周邊布設平高點，重點設檢查點，加測高程點（內插高程點）。

在航飛前，先在室內進行像控點布設方案設計，根據布點原則和本測區的具體情況，采用區域網布點方案進行布設。像控標志點不能設在隱蔽地帶、成片水域和強電磁波干擾源附近。像控點均在實地制作標志點，標志點形狀呈直角的L 形或者對三角標志（見圖1），標志點尺寸不小于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志與地面反差非常明顯，用石灰在地面涂抹而成或者預先做好靶標，便于在影像上進行識別，像控點測量必須在航飛之前完成，且時間間隔不能超過7 d，保證航片上清晰顯示地面標志，確保在空三加密像控點刺點精度。

圖1 像控點標志示意圖

3.1.3 像控點測量

1）像片控制點測量采用CORS-RTK 按照圖根點的精度進行采集。在進行像控點測量之前，先檢核高等級控制點。

2）像片控制點樁選擇瀝青馬路或不宜被破壞、利于保存的地方。

3）采集的同時進行像片控制點的描述，繪制草圖，記錄編號，進行3 個方向拍照，留取影像。

3.1.4 傾斜攝影測量

借助低空無人機，可快速采集原始影像數據，實現全自動化三維建模，傾斜攝影數據是帶有空間位置信息的可量測影像數據，能同時輸出DSM、TDOM、DLG 等成果。

一般采用電動型低空無人機飛行器，搭載航攝像機，集成有5 個鏡頭，分別從前、后、左、右、垂直5 個方向對地物進行拍攝，同時應用后差分技術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據，如圖2 所示。

圖2 傾斜攝影測量示意圖

3.2 三維建模

3.2.1 數據準備

無人機按計劃的航線進行航飛后，經過地面數據處理系統處理并按規范檢查，得出符合要求的航攝數據，提交下列數據。

1）原始影像以及攝站坐標POS 數據

無人機低空航攝需要進行相機畸變糾正才能用于后期空三處理。攝站坐標POS 數據是指每張像片曝光時的像片中心坐標數據，它是與像片一一對應的，包括像片中心點的三維坐標數據（X、Y、Z）和飛行姿態參數（O、P、K）[2]。

2）像控點數據

像控點數據包括像控點坐標和點之記以及像控點刺點圖，點之記主要記錄像控點所在位置的信息，刺點圖記錄的是像控點在圖上的準確位置，方便空三加密時刺控制點。

3）機相鑒定報告文件

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

3.2.2 數據處理

數據處理一般均采用法國公司的ContextCapture Center進行空中三角測量、控制點加密、平差、三維建模等步驟生產三維模型成果。

1）空中三角測量

將準備好的數據導入軟件中，進行空三設置。設置完成后提交空中三角測量?？杖O置包括：照片路徑、坐標系統設置、影像使用率設置、照片重采樣設置、定向方式設置、特征點密度設置、二維碼靶標相關設置、平差方式設置、相機參數設置等。

空三完成后，要進行檢查。首先，保證General 選項卡中顯示Georeferencing 情況的空三結果，才能進行下一步操作。然后，在特征點的三維視圖中檢查又沒有明顯的分層或交叉現象

2）空三刺點優化

空三完成后，需要將像控點導入項目中，將空三納入實地坐標系統中。導入像控點之前需要先選擇坐標系，坐標系根據像控點的坐標系進行選擇。投影要設置正確。

刺點完成后，設置優化選項，提交，平差完成即可。滿足要求后可進行模型生產。

3）模型生產

建模開始之前，必須進行建模參數設置，建模之前必須設置的內容：坐標系統、成果格式、模型成果范圍、坐標原、瓦片大小等。

設置完成后提交生產。

4 三維建模在房地一體項目中的應用

4.1 三維立體數據采集

裸眼3D 信息采集形成信息化的DLG 數據，特點是：完全面向對象的動態符號化，一套數據二三維符號一致、圖屬一體化、圖庫一體化。所有地理要素全部用骨架線+屬性的方式描述，完全滿足GIS 建庫與應用需求，在顯示與打印環節動態符號化，完全滿足圖式規范與制圖需求。

按模型進行全要素采集，做到不變形、不移位、無錯漏。采集過程認真識別，沒有遺漏，以最大限度地減少外業補測工作量和內業后期編輯的工作量。

4.2 傾斜攝影和三維建模技術分析

1）在進行外業像控點布設時，為了確保數學精度和紋理精度達到要求，在農村房地一體項目中，像控點密度上進行了加大。像控點平均密度為120 m。

2）在進行傾斜攝影測量時，采用焦距更大的數碼航攝儀獲取的原始影像的地面分辨率更高，優于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少，反射折射現象沒有城市中多，光線不雜亂。后期軟件在處理模型紋理方面容易，不出問題。

4）對象為仿真立體模型，裸眼直接觀測，和傳統立體測圖不同，通過建立立體像對恢復立體模型，更加直觀。

5）三維模型可以自由旋轉角度，對于建筑物可以旋轉模型直接采集到建筑物角點，無須外業再進行房檐改正工作。提高了精度。

6）內業數據采集，采用二三維同步顯示，效率高，一邊采集一邊觀察，如果出現問題可以實時糾正[3]。

5 結語

結合傳統地籍測繪的難點和傾斜攝影、三維建模技術的分析，兩者結合對比，得出以下幾點結論：

1）根據業主方的要求與項目區具體情況，結合傾斜攝影測量、三維模型制作成果，基礎控制測量可以不做，或者基礎控制點數量可以減少，以達到后期成果檢測要求即可。項目成本得到了節約。

2）基于三維模型技術的三維立體數據采集，在地籍測繪、房產圖測繪、地籍調查等方面有極大的優勢。外業方面只需投入傾斜攝影測量作業人員和布設像控點作業人員即可。不論是生產效率還是項目成本節約方面，都得到了節約。

3）因其工作效率的優勢，故房地一體項目成果的現勢性獲得了有力的保障。

4）三維模型技術是一種成熟的仿真技術，是實景的仿真立體模型，人的肉眼可以直接觀測，對于農戶來說辨識非常容易和方便，外業調查指界等，結合模型成果，非常利于工作的開展。對于地籍測繪、房產圖測繪等來說，對工作人員的工作的輔助性極大。

5）促進了作業方式的轉變，將大量的外業工作轉化到了內業，在保證現勢性的同時，因其相對較低的時間成本、人力成本、項目成本，故行業本身也是一種有利的發展。