倾斜摄影测量技术在南京不动产测量中的应用研究

李军

(江苏省地质工程勘察院 江苏南京 210012)

一般不动产测绘包括房产测绘、地籍测绘、林业资源调查、草场资源调查和海籍测量等，其中房产测绘和地籍测绘的主要对象是城镇及农村房屋的面积、权属、结构属性、利用现状等。随着我国社会经济不断高速发展，不动产价值相应不断提高，这使得国家对不动产测绘越来越重视、要求越来越高。而传统不动产测绘工作量大、耗时长、成本高的问题一直没有较好的解决。基于无人机倾斜摄影测量模型重建技术是近年来发展起来的一项新技术，因其数据采集成本低、效率高，重建的三维模型现势性好等特点，将无人机倾斜摄影测量三维建模技术应用于不动产测绘实际生产有着诸多优势。

本文阐述了基于倾斜摄影三维建模的不动产测绘方法；并将该方法应用于实际作业进行试验，对其结果进行了对比分析;此外，将该方法与传统不动产测绘做了全面的优势比较。

1 基于倾斜摄影三维建模的不动产测绘方法

本文所研究方法的基本思路为：像控点的布设与测量、航空影像采集、空三解算、生成三维模型与正射影像、三维裸眼采集平面图等，具体流程如图1所示。

图1 技术流程图

1.1 无人机倾斜摄影数据采集

无人机倾斜摄影是通过在无人机上搭载五镜头倾斜摄影系统，其中一个镜头获取地面目标物的正射影像，其余四个镜头采集地面目标物前、后、左、右四个方向的倾斜影像，并可在拍摄瞬间获取包含影像位置、高度、姿态等信息的POS数据。超低空飞行;即无人机航高设置为60～80m左右，以便获得地面分辨率较高的影像，以保证三维模型重建的精度。如测区高差较大，应分区采集影像、分区建模。密集相控;即每隔100～200m左右布设一个像控点，每平方公里不少于40个像控点，并且应该事前做好像控，以减小模型远距离的几何失真。

1.2 倾斜摄影三维模型重建

倾斜摄影三维模型重建是通过对倾斜摄影获取的影像进行多视影像联合平差、多视影像密集匹配即基于物方的多视立体匹配、构建TIN格网、纹理映射等，进而实现三维模型的重建。其中，多视影像联合平差是基于影像间的几何变形和遮挡问题，结合POS数据，在每级影像上进行同名点匹配和自由网光束法平差；多视影像密集匹配，即检索多视影像上的特征点、特征线进而确定二维矢量数据集，再将不同视角二维数据集转化为三维矢量数据，然后进行滤波处理，将不同匹配单元进行融合，进而形成统一的数字表面模型（DSM）。

1.3 三维裸眼采集

三维裸眼采集主要是运用建筑物侧面散点正交原理进行立体房屋的采集，其主要依据是常规房屋的相邻面相互垂直、等高以及相对面的相互平行、等距的特性。EPS三维采集系统二、三维操作界面联动的优势，保证采集到的房屋边、角与模型紧密贴合。

图2 平面图（左）和三维立体图（右）

表1 检核面积精度数据

2 试验及精度分析

本次试验测区位于江苏省南京市高淳区某村，面积约0.5km2，区域内主要为居民区，且建筑物大多为3～4层。本次试验采用六旋翼无人机搭载五镜头倾斜摄影相机进行影像数据的采集，其中无人机相对航高为65m，飞行速度为8.2m/s，航向重叠度为80%，旁向重叠度为75%，影像尺寸为4864×3648像素，影像地面分辨率为1.2cm。

2.1 试验结果

根据上述基于倾斜摄影三维建模的不动产测绘方法，首先对倾斜影像数据进行预处理，即检查影像质量问题，并对影像进行色差调整，减小在倾斜拍摄曝光瞬间，各影像光线反差、强度不一致导致的模型精度而引起的误差影响;检查POS数据，剔除姿态不好的影像。然后将预处理过的倾斜影像导入Smart3D进行空三处理及数字表面模型（DSM）和数字正射影像（DOM）的生成。将上述用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，进行地物、地貌的采集，采集得到平面图和三维立体图如图2所示。

2.2 精度分析

房产测绘、地籍测绘等不动产测绘的精度要求是以界址点点位误差和相邻界址点间距误差以及面积测算精度为依据的。现对各指标进行如下对比分析。

（1）界址点点位精度对比分析：为了验证所采集到的不动产平面图的点位精度，在测区采用全站仪常规测量手段采集到一些房角、墙角、道路拐角等特征点，以这些特征点的点位坐标作为已采不动产平面图的检核点，通过计算验证点点位中误差，得出验证点点位中误差是否满足相关规范要求,进而论证基于在倾斜摄三维影模型上所采集到的不动产平面图的精度。常规测量手段共采集到检核点位620个，经计算检核点点位中误差为0.03m。其中有455个点的点位误差在区间[0,m]内，146个点的点位误差在区间（m,2m]内，大于2m点个数19个，粗差率为3.1%。由此可知，检核点点位误差符合规范要求（中误差m按5cm要求）。

（2）边长精度分析：为了验证边长精度,在平面图上选取46条边进行分析，同样在测区内实测得到这46条边相应的长度作为检核边。计算得出：检核边长中误差为0.037m，其中有39条边的边长误差绝对值在误差区间[0,m]内，6条边的边长误差绝对值在误差区间（m,2m]内，大于2m边长1条，粗差率2.2%。由以上论述可得出：基于无人机倾斜摄影三维建模的不动产测绘边长（即相邻界址点间距）量测精度符合规范要求（中误差m按5cm要求）。

（3）面积精度分析：在平面图上选取并量测15幢房屋的面积，在测区内相应实测这15幢房屋的面积，作为检核面积精度的依据，具体数据统计如表1所示，15幢房屋中有6幢房屋的面积误差绝对值在[0,m]区间内，9幢房屋的面积误差绝对值在（m,2m]区间内。因此,基于无人机倾斜摄影三维建模的不动产测绘面积量测精度符合规范要求。

综上所述，通过对界址点点位误差和相邻界址点间距误差以及面积测算精度等的对比分析，可以得出基于倾斜摄影三维建模的不动产测绘精度符合规范要求，即倾斜摄影三维建模技术可应用于不动产测绘。

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三维建模技术应用于不动产测绘。根据实践，相较于传统测绘作业方法，得出以下几点优势：

（1）相较于传统不动产测绘,无需进入庭院进行测绘作业，只需在空阔地带做好像控，便可经过对倾斜影像的处理得到真实的三维立体模型,并可在模型上通过五点法的采集。

（2）相较于传统测绘作业,省去外业屋檐改正、层数、属性等的调绘，减轻外业调绘工作量，即可将大量外业工作转为内业工作，便于高效、快速地完成测绘作业任务,使得测量单位的运营成本大幅降低。

（3）可在三维立体模型上进行指界，减小了天气因素对户外指界工作造成延误工期的影响。