基于無人機攝影的城市不動產測繪技術研究

劉姣

摘要：為研究無人機傾斜攝影測量技術下的城市不動產測繪技術，文章對傾斜攝影測量技術相關理論和關鍵技術進行了介紹，并對城市不動產傾斜攝影測量影響因素進行了分析。以實際項目為例，對傾斜攝影在城市不動產測繪中的技術路線進行了說明，同時提出使用DP-Modeler軟件進行單體化建模。結果表明：城市不動產傾斜攝影測量主要受到航攝參數、地面遮擋以及景深與超焦距三方面的影響；利用該方法建立的三維模型，其平面精度與高程精度均達到Ⅰ級標準；DP-Modeler單體化建模有利于修復三維模型，實現模型整體裝飾。

關鍵詞：傾斜攝影測量技術；不動產；DP-Modeler軟件；單體化建模

中圖分類號：P231 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）10-0130-03

0 引言

隨著數字時代的到來，數字化城市的建設被提上日程。傳統的二維模型在空間信息以及數據分析方面存在明顯的劣勢，并不能滿足數字化城市的要求。而三維模型較二維模型相比具有直觀立體、真實性強、精細化程度高等優勢，更符合人類的觀感習慣。其次，傳統的不動產測繪通常是利用GPS搭配全站儀獲取建筑物的地理信息坐標，通過人工外業采集數據與內業制圖相配合的方式，完成不動產測量工作。但該方法存在成本高、效率低、精度低、環境影響較大等缺點，不能滿足測量工作的精度要求。隨著傾斜攝影技術的發展，利用傾斜攝影技術可構建精細化的三維模型，滿足城市不動產測量的精度要求。因此，研究如何采用無人機傾斜攝影完成城市不動產的測繪工作迫在眉睫。

近年來，國內外研究學者將無人機傾斜攝影技術應用到電力工程、災害預警、城市建設和軍事防控等領域。尹林江[1]等基于無人機傾斜攝影技術構建磷石膏渣場的三維模型，通過三維模型對渣場存量進行實時監測，提高渣場信息化管理水平的同時降低了應用成本。高釗[2]等以新疆某地權籍調查項目為例，利用無人機傾斜攝影技術構建三維實景模型，解決傳統權籍調查測量成本高、周期長、入戶難等問題。吳明堂[3]等基于傾斜攝影技術與短基線集干涉測量技術（SBAS-InSAR）相結合的方法，識別白鶴灘水電站庫周圍區域滑坡隱患點，同時通過構建的精細化三維模型識別滑坡體。周云[4]等將無人機傾斜攝影技術應用于橋梁建模，提出一種橋梁有限元逆向建模技術，通過無人機攝影建立的有限元模型具有精度高、可靠性較好等特點。李峰[5]等以北京市政路橋建材集團集料區為例，基于無人機傾斜攝影技術與運動恢復結構算法，建立三維模型，結果表明：該方法可以快速獲取影像，計算效率高、精度高。何永鐘[6]利用無人機傾斜攝影技術構建露天礦區三維模型，同時對三維模型精度（平面、高程）進行評價。崔詔[7]等以西藏某房地一體項目為例，利用無人機傾斜攝影技術構建房地一體項目三維模型。

然而，上述學者對無人機傾斜攝影技術下三維模型構建的研究還不夠充分。目前大多數研究學者研究集中于對三維模型的優化方面，較少涉及城市不動產以及單體化建模的研究。因此，本文在前人研究的基礎上，進一步對無人機傾斜攝影下城市不動產測繪技術進行研究，提出使用DP-Modeler軟件進行單體化建模。該研究為今后城市不動產測繪技術的發展提供基礎支撐。

1 無人機傾斜攝影測量技術

1.1 基本原理

無人機傾斜攝影技術是基于傳統攝影測量技術的基礎上進一步發展的產物。它指的是在無人機上搭載多個航攝儀，由飛控控制所有相機同時拍照，獲取多方位影像數據，同時記錄相機曝光時的位置和姿態 [8-10]。這一技術解決了傳統攝影測量技術中地面正射影像獲取困難的問題。傾斜攝影測量技術利用無人機作為攝影平臺，通過搭配傳感器與攝影鏡頭，獲取多層次、多維度的地物信息。相對于傳統垂直攝影測量，傾斜攝影搭載的相機更多，攝影時不僅可以獲取建構筑物的頂部紋理數據，還可以獲取建構筑物的側面紋理數據，從而獲得更多可用數據。后期數據解算得到的成果精度更高、用途更廣。

1.2 傾斜攝影測量關鍵技術

傾斜攝影測量的關鍵技術主要包括：無人機航線規劃（飛行高度、重疊度、航線規劃的類型）、像控點的布設、多視影像預處理、聯合平差與密集匹配、紋理映射、點云構網。

1.2.1 無人機航線規劃

在無人機傾斜攝影技術中，規劃的航線需要符合國家航空攝影測量技術標準規范。根據地面實際分辨率的要求和重疊度的設計，可以對飛行高度、飛行速度等參數進行計算。

1.2.2 像控點布設

像控點是控制加密以及測圖的基礎，像控點可以校正三維模型的真實坐標。像控點的數量和布設位置影響著三維模型的整體精度。因此，在布設像控點時應當注意將其布置在無遮擋處，以確保其清晰可辨。目前像控點的布設方式包括地面布控、頂層布控以及地面-頂層聯合布控。

1） 地面布控。地面布控應當選擇環境開闊以及無遮擋的區域，按照邊緣加中心的布設原則對實驗區域進行像控布設。對于傾斜攝影來說，由于重疊度高，無須考慮航線，只需要按照距離進行像控點布設，并在邊緣以及拐角處加密布設像控點，以保證邊緣精度符合要求。

2） 頂層布控。頂層布設應當在區域邊緣以及中心位置選取合適的建筑物，在其樓頂開闊且無遮擋的區域布設像控點。這種布點方式多用于城區，因為在城區進行傾斜攝影時，地面上的像控點易被遮擋，影響刺點。布設于建構筑物頂部，遮擋較少、清晰度高、刺點更準確、成果精度更高。

3） 地面-頂層聯合布控。選擇環境開闊以及無遮擋的地面區域，按照邊緣加中心的布設原則對實驗區域進行像控布設，同時選擇合適的建筑物，在其樓頂開闊且無遮擋的區域布設像控點，實現不同高層的聯合布控。這種布設方式獲取的測繪成果精度更高，可用于高精度的測繪產品生產。

1.2.3 多視影像畸變處理

在傾斜攝影測量過程中，傳感器可能存在內外部變形，導致數據產生幾何變形。多視影像預處理是指對產生幾何變形的影像數據進行預先糾正。這種糾正方式一般有兩種：一是采用高精度相機參數對原始畸變進行糾正，即數據解算前糾正；另一種是在數據解算時，利用像控點數據對“空三”加密成果進行優化，從而得到準確的相機參數，完成影像的畸變糾正。

1.2.4“ 空三”加密

空中三角測量的精度對傾斜攝影測量成果質量有很大的影響，因此在測量過程中應當重視空中三角測量，圖1為“空三”加密的流程。

1.2.5 多視影像密集匹配

多視影像密集匹配是傾斜攝影測量技術的重點與難點。利用影像密集匹配技術，基于“空三”加密成果得到的少量加密點坐標，可以匹配得到密度更高、精度更高的三維離散點數據，并基于影像之間的關系，篩選出精度更高的數據，同時剔除因分辨率不同、比例尺不同等因素匹配得到的誤差大的加密點數據，進而得到地物的三維數據信息，使三維模型的精度得以保證。

1.2.6 點云構網

利用密集點云構建三角網，三角網的密集程度與點云數量成正比。隨著傾斜攝影數據量的增多，匹配得到的密集點云數量更多，構建的三角網也會變得更加密集。

1.2.7 紋理映射

三維模型的好壞程度可以通過建筑物紋理信息進行評價，紋理映射可使三維網格更易被識別。

2 城市不動產傾斜攝影測量影響因素分析

2.1 航攝參數

無人機傾斜攝影測量技術利用多個具有一定傾角的攝像頭對地面目標全覆蓋拍攝。影響城市不動產傾斜攝影測量的主要航攝參數有分辨率、覆蓋范圍、重疊度以及姿態角。圖2為影響攝影測量的具體航攝參數。

2.2 地面遮擋

地面遮擋會導致被遮擋區域測量信息丟失，圖像特征點難以提取，形成模型空缺，最終得到殘缺比較嚴重的模型成果。因此須構建相應的數學分析模型，本文簡單利用外接圓原理提出遮擋面積的計算公式。

2.3 景深與超焦距

景深與物距及光圈號數呈正相關的變化趨勢，景深與焦距呈負相關的變化趨勢。超焦距距離與光圈號數、彌散圓、焦距的選擇有關，在實際計算過程中彌散圓為常數，因此焦距和光圈的選擇尤為關鍵。

2.4 姿態角

姿態角不同也會對拍攝產生一定影響，其中姿態角包括俯仰角、側滾角以及旋偏角。

3 傾斜攝影技術在城市不動產測量中的應用

3.1 試驗區

本次試驗區選擇某城鎮地區。該地區面積較大、地勢平坦、視野開闊、交通便利、地物種類豐富且有較高的識別度。該區域內無超高層建筑。

3.2 技術方法

利用無人機作為飛行平臺，對數據進行采集并對采集的數據進行質量檢查，除去質量不符合要求的數據后，利用Context Capture Center軟件對影像數據進行處理，構建三維實景模型，圖3為技術路線圖。

3.3 三維模型構建

利用Context Capture Center 軟件，按照上述流程對影像數據進行處理。首先創建項目，在軟件空區塊block_1d的影像模塊中導入影像數據和POS數據，填寫相機焦距，隨后檢查影像文件并進行空三加密。檢查影像加密點的誤差。在經歷反復的空三迭代平差運算后，就可以構建三維模型。

3.4 精度分析

根據相關規范對三維模型精度進行分析，通過分析三維模型的平面精度與高程精度，對三維模型的精度進行評級，表1為12個檢查點的平面誤差與高程誤差。

以算數平均值代替中誤差，通過誤差分析可知，本模型在X方向中誤差為0.028 m，Y方向中誤差為0.019 m。三維模型的平面精度為0.036 m、高程精度為0.050 m，比例尺為1∶500，依據《三維地理信息模型數據產品規范》標準可知，本次三維模型平面精度與高程精度均達到Ⅰ級標準。

4 三維模型單體化

三維模型單體化是指模型中對象是獨立存在的，可以被單獨分離的實體。單體化處理有利于后期模型的優化，本次單體化建模基于DP-Modeler 軟件進行。

4.1 單體化建模流程

單體化流程主要包括數據準備、導入數據以及單體化操作。在進行單體化操作時，要確立“基準面”，基于空三加密成果或實景三維模型成果，將建構筑物的結構采集出來，并通過實景三維模型或空三紋理，對單體成果進行紋理映射。對于映射效果不理想的區域，可聯動Photoshop軟件，對紋理進行修飾，然后重新映射，從而得到單體化模型成果。最后，在保證三維模型真實性的前提下，要實現單體化建筑與場景的相互融合。

4.2 DP-Modeler 單體化優勢

模型單體化離不開DP-Modeler軟件。其具有三維模型修飾模塊，可實現模型的整體修飾。同時DPModeler軟件可以與Max交叉融合，使整體三維模型更美觀真實。其次，在單體化建模中可以利用DPModeler軟件中的修復功能對場景進行還原，圖4為水域優化對比圖。

5 結束語

本文對無人機傾斜攝影測量技術進行介紹，并對城市不動產傾斜攝影測量影響因素進行分析。提出使用DP-Modeler軟件進行單體化建模操作。利用該方法構建的三維模型平面精度與高程精度均達到Ⅰ 級標準。同時發現利用Mesh模型局部分離后再利用DP-Modeler自帶的修飾工具優化模型，可以得到更為精細的三維模型。然而，本文研究對象僅為城鎮地勢較為平坦的地區。本次試驗精度能否適用于地形地貌較為復雜的山區，值得驗證。

參考文獻：

[1] 尹林江，李威，李江，等.三維傾斜攝影技術在磷石膏渣場生產及運營管理中的應用[J].中國非金屬礦工業導刊，2022（5）：70-74.

[2] 高釗，張德成，閆琳琳，等.無人機傾斜攝影技術在新疆權籍調查中的應用[J].地理信息世界，2022，29（6）：104-107，113.

[3] 吳明堂，姚富潭，楊建元，等.基于傾斜攝影測量與InSAR技術的庫區滑坡識別[J].人民長江，2023，54（3）：130-137.

[4] 周云，劉鵬，郝官旺，等.基于無人機傾斜攝影技術的橋梁有限元逆向建模方法研究[J].湖南大學學報（自然科學版），2023，50（9）：13-23.

[5] 李峰，魏文雪，孫軒，等.基于無人機技術的瀝青廠集料堆體積測算方法[J].北京工業大學學報，2022，48（6）：1-10.

[6] 何永鐘.傾斜攝影技術在露天礦區三維重建中的應用[J].測繪與空間地理信息，2022，45（11）：204-207.

[7] 崔詔，莫玉兵，楊楓，等.消費級無人機傾斜攝影技術在西藏地區房地一體項目中的應用[J].測繪與空間地理信息，2022，45（S1）：279-281.

[8] 魏軍，于洪雨，靳巧珠，等.無人機傾斜攝影技術在農村房地一體確權登記項目中的應用研究[J].測繪與空間地理信息，2023，46（2）：60-63.

[9] 萬敏.基于無人機傾斜攝影測量的房地一體調查及精度分析[J].測繪與空間地理信息，2023，46（11）：212-215，221.

[10] 鄒馨，劉健，陳曉勇.無人機傾斜攝影在不動產測量的應用[J].北京測繪，2022，36（10）：1396-1401.

【通聯編輯：梁書】