应用倾斜摄影三维建模的不动产测绘技术研究

胡生送

摘  要：房产和地籍测绘的主要对象是面积、权属、结构属性以及城市和农村房屋的用途。随着中国社会经济的持续快速发展，房地产的价值不断提高，这使得中国越来越重视房地产研究。本文结合安徽省马鞍山市某村的测量实践，将无人机倾斜摄影测量三维建模技术应用于不动产测绘，探讨了基于倾斜摄影测量三维建模的不动产测绘的可行性并进行了精度验证。研究对比了基于倾斜摄影三维建模的不动产测绘相较于传统不动产测绘的优势，对不动产测绘的具体生产作业具有一定的借鉴和参考价值。

关键词：不动产  测绘  倾斜摄影  精度

中图分类号：P231                               文献标识码：A                    文章编号：1674-098X（2020）11（c）-0026-03

Research on Real Estate Surveying and Mapping Technology Based on 3D Modeling of Tilt Photography

HU Shengsong

（Maanshan Institute of Surveying and Mapping， Maanshan， Anhui Province， 243000 China）

Abstract： The main objects of property and cadastral mapping are size， ownership， structural attributes and the use of urban and rural houses. With the continuous and rapid development of China's social economy， the value of real estate has been constantly improved， which makes China pay more and more attention to real estate research. Based on the survey practice of a village in Maanshan City， Anhui Province， this paper applies UAV tilt photogrammetry 3D modeling technology to real estate surveying and mapping， discusses the feasibility of real estate surveying and mapping based on tilt photogrammetry 3D modeling， and verifies the accuracy. Compared with traditional real estate surveying and mapping， the advantages of real estate surveying and mapping based on oblique photography 3D modeling are compared， which has certain reference value for the specific production of real estate surveying and mapping.

Key Words： Real estate; Surveying and mapping; Tilt photography; Precision

勞动密集、费时、成本高的传统房地产测绘问题尚未得到很好的解决，基于无人机倾斜摄影测量模型的重建技术，是近年来发展起来的一项新技术[1]。由于其低成本的数据采集和高效率，且能近实时重建3D模型等。该技术在房地产测量和制图的实际生产中具有许多优势[2]。

本文介绍了基于倾斜摄影三维建模的房地产调查和制图方法，将该方法应用于实际工作，并对结果进行比较分析，结果表明，与传统的房地产测量和制图相比，该方法具有全面的优势。

1  基于倾斜摄影三维建模的不动产测绘方法

本文采用如下方法：图像控制点的设计和测量，航空图像的采集，空三解算，三维模型和正射影像的生成，裸眼3D采集等。具体过程如图1所示。

1.1 无人机倾斜摄影数据采集

无人机倾斜航测是通过在无人机上安装5镜头倾斜摄像机系统进行的。一个镜头捕获地面目标的正射影像，而其他4个镜头拾取地面目标的前、后、左、右图[3]。拍摄时可以获取POS数据，包括图像方向、位置、高度和姿态信息。将超低空飞行的无人机的高度设置为约60～80m，并可以在地面上获得更高分辨率的图像，以确保3D模型重建的准确性。如果调查区域的高度差较大，则应在不同区域收集图像并进行建模。采用高密度相位控制，即每100～200m放置一次图像控制点，每平方公里需要预置40个以上的图像控制点，以减少图像的几何变形[4]。

1.2 倾斜摄影三维模型重建

倾斜摄影3D模型重建是通过对倾斜摄影获得的图像的多视图图像，密集的多视图图像匹配，即基于对象，TIN网格构造，纹理贴图等三维模型的重构[5]。其中，多视角图像联合拟合基于图像之间的几何变形和遮挡，并结合POS数据，同名点的匹配和自由网络光束拟合在每个图像级别;密集多视图图像匹配，即多视图检索图像中的特征点和特征线然后确定二维矢量数据集，然后将不同角度的二维数据集转换为矢量数据然后执行过滤处理以合并不同的匹配单元以形成统一的数字表面模型（DSM）。

使用多视图图像的立体匹配、TIN网格结构、纹理映射等，通过对通过倾斜摄影获得的多个视点图像进行联合调整，可以进行倾斜摄影3D模型的重建。重建3D模型[6]。其中，多视角图像联合调整是基于图像之间的几何变形和遮挡，结合POS数据，对同名点进行匹配，并在每个图像级别进行自由网络光束调整。多视图图像的密集匹配，即多视图检索图像中的特征点和特征线确定二维矢量数据集，然后将二维数据集从不同角度转换为三维矢量数据，然后执行对它们进行过滤处理以合并不同的匹配单元以形成统一数字表面模型（DSM）。

1.3 三维裸眼采集

用裸眼进行三维采集主要是基于建筑物侧面分散点的正交性原理，以采集三维房屋，这主要是基于常规房屋的相邻面为特征的。这些相邻面彼此垂直、相同的高度和相对的面彼此平行。三维EPS采集系统二，三维操作界面联动的优势，可确保房屋的边缘、角落和模型完美契合。

2  试验及精度分析

测试区域位于安徽省马鞍山市的一个村庄内，面积约0.5km2，主要是住宅，建筑物大多为3～4层。在此测试中，使用配备了五镜头倾斜摄像机的六旋翼无人机来采集图像数据。无人机相对高度为65m，飞行速度为8.2m/s，航向重叠率为80%，横向重叠为75%，图像尺寸为4864×3648像素，并且图像背景的分辨率为1.2cm。

2.1 试验结果

根据上述基于倾斜摄影三维建模的房地产制图和测量方法，首先，为了检查图像质量问题，对倾斜图像数据进行预处理。调整图像的色差，以减少斜射曝光时图像中每种光的对比度，减少强度不一致所带来的模型精度引起的误差影响;检查POS数据并删除姿态不好的影像。然后將预处理的倾斜图像导入到Smart3D中，以进行空三处理以及数字表面模型（DSM）和数字正射影像（DOM）生成。将Smart3D生成的数字表面模型和数字正射影像导入EPS三维采集系统中，以收集地形特征和地貌，如图2所示，获得平面图和三维地图。

2.2 精度分析

房地产测量和制图、地籍测量和其他房地产测量和制图的精度要求是基于界址点的位置误差，相邻界址点的间距误差以及面积测量精度。对每个指标进行以下比较分析。

（1）界址点精度的比较分析：为了验证所收集的房地产平面图的点的精度，收集了一些特征点，例如拐角，墙，道路拐角等。使用这些特征点的点坐标作为房地产平面图的验证点，并计算验证点的误差，即可得出验证点的误差是否满足相关规范的要求。采用常规测量方法，共采集了620个检测点（表1列出部分点情况），计算后的检测点误差为0.03m。其中，455点的点误差在区间[0，m]中，146点的点误差在区间（m，2m]中，大于2m的点数为19，并且总误差率为3.1%，可以看出，检测点的位置误差符合标准要求（平均误差m为5 cm）。

（2）边长精度分析：为了验证边长精度，选择了45条边进行平面内分析，并且还在区域中测量了这45条边的相应长度，作为检查的依据。计算出检查边的长度误差为0.037m，其中38个边的边长误差的绝对值在误差区间[0，m]中，而7个边的边长的绝对值为误差的绝对值，误差区间（m，2m）的边长误差，一侧大于2 m，总误差率为2.2%。从以上讨论可以得出，精度UAV倾斜摄影的三维建模（即相邻界址点之间的距离）的建筑物边长测量结果符合规格要求（每5cm需要平均误差m）。

（3）面积精度分析：选择并测量计划中15栋房屋的面积，并相应地在测量区域中测量这15栋房屋的面积，以此作为检查面积精度的基础。具体数据统计如表2所示。这15所房屋中6处的面积误差的绝对值在[0，m]的范围内，而9处的面积误差的绝对值在9的范围内房屋的范围是（m，2m）。因此，基于无人机倾斜摄影的3D建模房地产地形和测绘面积测量的精度符合规范。

总之，通过对界址点位置误差和相邻界址点间距误差以及面积测量精度的比较分析，可以得出结论：房地产测量和制图精度，如采用倾斜摄影的3D建模方法，可以满足规范要求，将倾斜摄影的3D建模技术应用于房地产测量和制图是有效的。

3  相较传统不动产测绘具有的优势

本文将无人机倾斜摄影测量的3D建模技术应用于房地产测量和制图。根据实践，与传统的测绘操作相比，具有以下优点：（1）与传统的测绘操作相比，可以直接在3D模型中收集门廊、屋檐廊道、天棚廊道和其他附属房屋设施，而无需选择在地面上的投影点，减少了人为因素造成的误差;三维映射可以从多个视角收集数据。与全站仪相比，盲点非常小，减少了复杂地形上支点引起的误差，突出了精度方面的优势。（2）与传统的测绘操作相比，节省了来自外部行业，层数、属性等的屋檐校正测绘。方便快捷，高效，快速地完成测绘任务，大大降低了测量单元的运行成本。

参考文献

[1] 姜丽丽.基于倾斜摄影测量1∶500比例尺地形图测绘的关键技术研究[J].测绘与空间地理信息，2019（6）：55-58.

[2] 陈明杰.无人机倾斜摄影测量三维建模及模型可视化研究[D].西安：西安科技大学，2019.

[3] 秦义杰.倾斜摄影在现代测绘中的应用[J].智能城市，2019（5）： 66-69.

[4] 谢林甫.航空与地面数据集成的城市三维建模方法[D].武汉：武汉大学，2019.

[5] 周小杰.无人机倾斜摄影技术在大比例尺地形图测绘中的应用[J].城市勘测，2019（2）：55-58.

[6] 蒋敏洁.基于无人机倾斜摄影数据的地类边界划分[D].西安：西安科技大学，2019.