基于傾斜攝影三維建模的不動產測繪技術分析

文／潘才春 防城港市住房和城鄉建設測繪院 廣西防城港 538000

引言：

不動產測繪涉及地籍測繪、房產測繪、海籍測量、林業資源測量等，其中以地籍測繪、房產測繪最為關鍵，地籍測繪、房產測繪結果是確定不動產權屬、面積、結構的主要依據，關乎利益相關者權益。在現代化城鄉建設過程中，為高質量推進城鄉規劃作業，需高精度完成不動產測繪工作，這就對測繪技術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，在傾斜攝影基礎上構建三維模型，控制測繪誤差。

1.傾斜攝影三維建模不動產測繪技術

傳統正射影像是基于垂直角度拍攝采集不動產目標物信息，所得出的不動產目標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，憑借其技術優勢，現已成為主流的測繪技術之一，在此基礎上，為便于測繪成果的有效應用，傾斜攝影技術與三維技術相結合，形成傾斜攝影三維建模技術，將傾斜攝影結果轉化為三維模型，用于直觀化、全方位地呈現不動產狀況[1]。傾斜攝影三維建模應用了激光雷達掃描技術，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，激光雷達技術多以飛行器（如無人機）為載體，憑借激光發射器發射激光，對不動產目標物進行掃描，根據激光反射時間及角度而得出地表激光數據，進一步將激光數據加以解析處理，則可獲取到完整不動產信息。

傾斜攝影三維建模技術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，以此獲取不動產目標物影像信息，得到基礎影像數據后構建三維模型。借助后期數據處理軟件計算多角度影像數據及激光點云數據，在算法結算運行下自動化生成三維數據，數據處理角度高于傳統技術10 倍，可精度更加可靠。完成多角度影像數據及激光點云數據的計算處理后，則可基于處理后的數據搭建三維模型，真實且直觀呈現不動產情況。近幾年隨著城鄉建設規劃的持續推進，各地均產生了較高不動產測繪需求，傾斜攝影三維建模技術為不動產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可批量化快速完成不動產地物信息的采集與拍攝，且可根據測繪成果應用需求而按照相應規格構建三維模型，真實呈現地物細節，此外，三維模型軟件還可對接至各個信息平臺內，便于傳輸與應用。因此，以傾斜攝影三維建模為核心的不動產測繪技術優勢顯著，現已被應用至多個領域中，如智慧城市、數字城市、城市房產管理等。

2.傾斜攝影三維建模在不動產測繪中的應用優勢

相較于傳統測繪技術，傾斜攝影三維建模在不動產測繪中的較高優勢。（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，全方位了解不動產目標物實際情況，完成多角度信息數據測量獲取后，則可進一步構建三維模型，高度還原目標物實際情況，真實呈現其形狀及色彩。（2）測量參數全面。傾斜攝影三維建模技術應用過程中，通過技術處理方式獲取精確的目標物長度、寬度及角度數據，且誤差較低，精度達標，能夠得出不動產全面化測繪數據。（3）紋理細致采集。相較而言，傾斜攝影三維建模技術可精確采集目標不動產側面紋理，借助傾斜相機視角得出紋理圖像，并經過特征提取及信息處理，獲取目標物紋理數據，并將其呈現至三維模型中[2]。

3.基于不動產測繪實例的傾斜攝影三維建模技術應用分析

3.1 案例概況

為提高該次傾斜攝影三維建模不動產測繪技術的應用分析質量，本次選取廣西某村落不動產測繪工程為實例展開分析。案例農村共計147 戶，多為平房，僅部分房屋為二層，不動產建筑整體高差較小。該農村順應鄉村振興戰略，對村落內部不動產進行測繪調查，將其作為農村規劃的主要依據。為實現高質量農村規劃，需盡可能提升房屋不動產測繪精度，經綜合分析后，選用傾斜攝影三維建模技術，借助無人機飛行器傾斜攝影，采集村落房屋數據信息，并將其輸入至建模軟件內，構建村落不動產模型，直觀呈現房屋結構及分布狀況。

3.2 參數設置

傾斜攝影主要依靠無人機飛行器航行而實現，因此，在傾斜攝影三維建模技術應用期間，需根據村落待測不動產實際情況設定航行參數。為保證傾斜攝影質量，提升測繪效果，對待測不動產周邊環境進行勘察，確定適宜航行傾斜測量時間段及起降區域。

3.2.1 航線規劃

科學確定傾斜測量航線參數，如相對航高、重疊度、航線參數。

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

表1 分辨率與比例尺之間的關系

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。而在案例農村不動產測繪項目中，因農村區域相對較小，故選用1:300的測圖比例尺，相對應的地面分辨率為1.5cm，經計算后，得出相對航高為100m。

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

（3）航線參數。結合不動產情況確定航線參數，結合案例村落不動產測繪工程來看，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 作業飛行

傾斜測量飛行作業需盡可能選擇在晴朗無風的天氣條件下，案例村落不動產傾斜測量選擇10:00～16:00 時間區間內，同時于傾斜攝影測量過程中實時監測航行實況，若發現突發狀況則可及時應對。

結合案例村落不動產測量工程來看，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構中，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的關鍵環節，對像控點布置要求進行總結，具體如下：（1）于不動產測區內部設置控制網，所設像控點需達到六度重疊或五度重疊。（2）像控點需符合公用需求，且與圖像邊緣應至少具有1.5cm 的距離。（3）若按照不動產測區圖廓線情況確定測區范圍，則需將像控點布置于圖廓線外側，呈現出成圖滿幅的效果，保證測繪質量。

現階段不動產測繪技術中主要包括兩種像控點布置方案，其一為航帶網法，其二為區域網法。（1）航帶網法。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）區域網法。該方式是指將于不動產測區中央位置增設高程點，以此為中心，于中央點位周邊設置多個平高點。在案例村落不動產測繪工程中，采用區域網法布置像控點位。

3.4 像控點選測

隨著測繪技術發展，GPS 技術與RTK 技術日漸完善，其測量精度優異，故在該次廣西某村落不動產測量工程中，選用GPS-RTK 技術進行像控點選測，運用流動站方式對像控點坐標進行測定。

對像控點選測標準進行確定，（1）構建基準站。像控點測量應注重判讀，輔以測量，于測量之前構建基準站，要求基準站盡可能位于不動產測區中央區域，且需便于架設與看護。基準站測量區域半徑應低于4km，與此同時，要求基準點所選地點易于辨別，且不具有較大局部高差變化，若轉角呈弧形，或具有較大斜坡、影像模糊，則不適合設置基準站。為便于后續測量與應用，基準站構建期間需做好相關數據的記錄統計工作。（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據，其誤差則需低于0.1m。（3）外業像控點選擇。可將像控點布置于道路交叉口、田坎交匯處、地類界轉角、房檐邊角、水池邊角等棱角分明、特征分明且相對規格的區域內，以便內業人員能夠精準判讀，防止外業與內業判讀出現差異而影響整體測繪質量。在此期間，若將房檐邊角設置為像控點，則需將房檐高程點作為高程標準，同時需做好該高程點的標注，以免出現錯誤判讀的情況。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”方式標注像控點影像點位，借助文字詳細描述點位位置，確保內業人員能夠準確判讀，在此基礎上，按照統一格式記錄像控點信息，如像控點名稱、像控點坐標、點位略圖、點位全圖、點位詳圖、作業人員、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圖像信息后，借助三維重建算法構建不動產測繪模型，以傾斜測量真實數據為支撐確定精準方位數據，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、聚簇算法構建高密度點云，以點云為依據構建模型，映射不動產紋理數據，以此則可構建得出不動產測繪三維模型。

對傾斜測量三維建模流程進行總結，具體如下：

（1）新建文件，將無人機傾斜測量所得不動產影像組導入建模文件內，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象[5]。（2）通過內定向、相對定向、絕對定向進行空三加密（其流程可見圖2）。內定向時，運用三維建模軟件自動讀取相機內部參數，如主點坐標、相機主距、物理尺寸分辨率等，對相機參數內定向處理。由測繪人員檢查內定向結果，確認數據合格后展開相對定向處理，匹配個體模型連接點。在此基礎上展開絕對定向處理，相對定向精度代表后轉刺外業地面像控點，繼而展開絕對定向。（3）導入GPS 數據及MU 數據，為便于數據識別，需將GPS 數據及MU 數據轉化為建模軟件可識別的數據格式，將其導入軟件內，進一步設置其他參數及點位坐標。（4）完成上述數據處理后，將空三計算結果進行提交。（5）導入控制點，格式處理控制點文件，確保控制點數可良好適應建模軟件需求。控制點文件數據導入建模軟件后，對坐標系進行細化調整并進行控制點刺點。（6）刺點處理且提交空三計算結果，在此期間注意檢查空三精度，要求誤差數據均低于0.5m，若不符合標準，則需重復刺點，待空三精度達標后，則可進入模型構建生產環節。（7）選擇三維模型空間系統，采用平面網格切塊的形式構建三維模型，對瓦片大小進行調整。完成處理后提交建模項目，選擇空間參考系統、三維模型輸出格式以及保存路徑，遞交建模任務后，軟件程序則會自動完成傾斜攝影三維模型的構建。（8）三維模型生成后，檢查模型構建質量及格式，確認模型質量及輸出格式符合要求后，則可將所構建的模型上傳至網絡，與不動產測繪工程相關主體實現共享。

3.6 繪制地籍圖

運用不動產調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計與總結，做好成果轉化，將傾斜攝影原始數據及三維模型導入不動產調查軟件中，轉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據，即房屋界址點、宗地界址點，基于所構建的三維模型及不動產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據及三維模型形式，記錄數據屬性，以免后續數據屬性沖突而造成不必要的工作量。完成數據采集后，以DWG 格式將測繪數據上傳至軟件內，以免外業調繪。借助CASS 制圖軟件繪制地籍圖，將地籍圖繪制結果與村落不動產實際情況進行對比，修正差異數據，補測遺漏數據，匯總內業成果，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、人為操作的影響，傾斜測量三維建模測繪過程中可能出現誤差數據，為實現誤差控制，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測繪精度，并影響三維建模質量，為檢驗空三精度，主要運用中誤差數據進行衡量。結合案例村落不動產測繪工程項目來看，其共選取28 個控制點進行空三精度計算與評價，所得誤差數據如下所示：（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。結合上述空三精度誤差數據可見，案例村落采用傾斜攝影三維建模不動產測繪技術所得出的空三精度較高，誤差均低于國家標準（0.5m），符合高精度三維建模要求及不動產測繪結果應用需求。

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據產品規范》得出平面精度規范及地形精度規范。明確評價標準后，于建模軟件內打開三維模型文件，定位控制點并對其位置坐標進行測量，統計控制點坐標，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據。計算控制點坐標誤差數據，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、高程中誤差數據分別為0.041m、0.029m、0.052m、0.060m，均低于《三維地理信息模型數據產品規范》所提出的0.5m標準。

結語：

綜上所述，傾斜攝影三維建模在不動產測繪工程中具有顯著優勢，即地物高度還原、測量參數全面、紋理細致采集等，符合不動產測繪高精度要求。在案例不動產測繪工程項目中，選擇傾斜攝影三維建模技術進行測繪，科學設置測繪參數并規劃航線，根據待測不動產實際情況布置像控點，進行像控點選測，在此基礎上搭建三維模型，基于三維模型繪制地籍圖。完成上述作業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的不動產測繪精度。在案例農村不動產測繪項目中，傾斜攝影三維建模技術表現出了優異精度。