基于倾斜摄影三维建模的不动产测绘技术分析

文／潘才春 防城港市住房和城乡建设测绘院 广西防城港 538000

引言：

不动产测绘涉及地籍测绘、房产测绘、海籍测量、林业资源测量等，其中以地籍测绘、房产测绘最为关键，地籍测绘、房产测绘结果是确定不动产权属、面积、结构的主要依据，关乎利益相关者权益。在现代化城乡建设过程中，为高质量推进城乡规划作业，需高精度完成不动产测绘工作，这就对测绘技术精度提出了较高要求，在此情况下，可引进倾斜摄影三维建模技术，在倾斜摄影基础上构建三维模型，控制测绘误差。

1.倾斜摄影三维建模不动产测绘技术

传统正射影像是基于垂直角度拍摄采集不动产目标物信息，所得出的不动产目标物信息存在完整性不足的缺陷，而倾斜摄影则良好解决了该问题，凭借其技术优势，现已成为主流的测绘技术之一，在此基础上，为便于测绘成果的有效应用，倾斜摄影技术与三维技术相结合，形成倾斜摄影三维建模技术，将倾斜摄影结果转化为三维模型，用于直观化、全方位地呈现不动产状况[1]。倾斜摄影三维建模应用了激光雷达扫描技术，辅以机载多角度倾斜摄影，完成摄影采集后重建三维模型。在此过程中，激光雷达技术多以飞行器（如无人机）为载体，凭借激光发射器发射激光，对不动产目标物进行扫描，根据激光反射时间及角度而得出地表激光数据，进一步将激光数据加以解析处理，则可获取到完整不动产信息。

倾斜摄影三维建模技术的运行原理是基于飞行平台装载多个传感器，从1 个垂直角度、4 个倾斜角度进行拍摄测量，以此获取不动产目标物影像信息，得到基础影像数据后构建三维模型。借助后期数据处理软件计算多角度影像数据及激光点云数据，在算法结算运行下自动化生成三维数据，数据处理角度高于传统技术10 倍，可精度更加可靠。完成多角度影像数据及激光点云数据的计算处理后，则可基于处理后的数据搭建三维模型，真实且直观呈现不动产情况。近几年随着城乡建设规划的持续推进，各地均产生了较高不动产测绘需求，倾斜摄影三维建模技术为不动产测绘工作的开展提供了新手段、新思路。倾斜摄影三维建模技术可批量化快速完成不动产地物信息的采集与拍摄，且可根据测绘成果应用需求而按照相应规格构建三维模型，真实呈现地物细节，此外，三维模型软件还可对接至各个信息平台内，便于传输与应用。因此，以倾斜摄影三维建模为核心的不动产测绘技术优势显著，现已被应用至多个领域中，如智慧城市、数字城市、城市房产管理等。

2.倾斜摄影三维建模在不动产测绘中的应用优势

相较于传统测绘技术，倾斜摄影三维建模在不动产测绘中的较高优势。（1）地物高度还原。倾斜摄影能够多个角度完成地物信息的采集与测量，全方位了解不动产目标物实际情况，完成多角度信息数据测量获取后，则可进一步构建三维模型，高度还原目标物实际情况，真实呈现其形状及色彩。（2）测量参数全面。倾斜摄影三维建模技术应用过程中，通过技术处理方式获取精确的目标物长度、宽度及角度数据，且误差较低，精度达标，能够得出不动产全面化测绘数据。（3）纹理细致采集。相较而言，倾斜摄影三维建模技术可精确采集目标不动产侧面纹理，借助倾斜相机视角得出纹理图像，并经过特征提取及信息处理，获取目标物纹理数据，并将其呈现至三维模型中[2]。

3.基于不动产测绘实例的倾斜摄影三维建模技术应用分析

3.1 案例概况

为提高该次倾斜摄影三维建模不动产测绘技术的应用分析质量，本次选取广西某村落不动产测绘工程为实例展开分析。案例农村共计147 户，多为平房，仅部分房屋为二层，不动产建筑整体高差较小。该农村顺应乡村振兴战略，对村落内部不动产进行测绘调查，将其作为农村规划的主要依据。为实现高质量农村规划，需尽可能提升房屋不动产测绘精度，经综合分析后，选用倾斜摄影三维建模技术，借助无人机飞行器倾斜摄影，采集村落房屋数据信息，并将其输入至建模软件内，构建村落不动产模型，直观呈现房屋结构及分布状况。

3.2 参数设置

倾斜摄影主要依靠无人机飞行器航行而实现，因此，在倾斜摄影三维建模技术应用期间，需根据村落待测不动产实际情况设定航行参数。为保证倾斜摄影质量，提升测绘效果，对待测不动产周边环境进行勘察，确定适宜航行倾斜测量时间段及起降区域。

3.2.1 航线规划

科学确定倾斜测量航线参数，如相对航高、重叠度、航线参数。

（1）相对航高。借助式（1）公式计算得出相对航高数据，根据表1 所示分辨率与比例尺之间的关系而确定地面分辨率。

表1 分辨率与比例尺之间的关系

式（1）中，H 表示相对航高，GSD 代指地面分辨率，f 为倾斜摄影相机焦距，而α 为像元大小。而在案例农村不动产测绘项目中，因农村区域相对较小，故选用1:300的测图比例尺，相对应的地面分辨率为1.5cm，经计算后，得出相对航高为100m。

（2）重叠度。该参数通常处于60%～90%之间，需根据实际测量需求进行确定，在案例不动产测绘工程中，航向重叠度与旁向重叠度均为85%。

（3）航线参数。结合不动产情况确定航线参数，结合案例村落不动产测绘工程来看，相对航高为100m，航线间距为18.21m，拍摄间距为12.13m，转弯半径为100m，航线入口缓冲为100m，旁向前扩展及旁向后扩展均为2 个单位，航线前扩展与航向后扩展均为150m[3]。

3.2.2 作业飞行

倾斜测量飞行作业需尽可能选择在晴朗无风的天气条件下，案例村落不动产倾斜测量选择10:00～16:00 时间区间内，同时于倾斜摄影测量过程中实时监测航行实况，若发现突发状况则可及时应对。

结合案例村落不动产测量工程来看，其选用六旋翼无人机（如图1 所示），相机型号为索尼 RX1RM2，相机横放置于无人机结构中，相机航向像素与旁向像素分别为5304 及7952。

图1 六旋翼无人机

3.3 布置像控点

像控点布置属于倾斜摄影三维建模测绘技术的关键环节，对像控点布置要求进行总结，具体如下：（1）于不动产测区内部设置控制网，所设像控点需达到六度重叠或五度重叠。（2）像控点需符合公用需求，且与图像边缘应至少具有1.5cm 的距离。（3）若按照不动产测区图廓线情况确定测区范围，则需将像控点布置于图廓线外侧，呈现出成图满幅的效果，保证测绘质量。

现阶段不动产测绘技术中主要包括两种像控点布置方案，其一为航带网法，其二为区域网法。（1）航带网法。又可分为五点法、六点法、八点法，是指在航带周边对称均匀布置像控点的方式。（2）区域网法。该方式是指将于不动产测区中央位置增设高程点，以此为中心，于中央点位周边设置多个平高点。在案例村落不动产测绘工程中，采用区域网法布置像控点位。

3.4 像控点选测

随着测绘技术发展，GPS 技术与RTK 技术日渐完善，其测量精度优异，故在该次广西某村落不动产测量工程中，选用GPS-RTK 技术进行像控点选测，运用流动站方式对像控点坐标进行测定。

对像控点选测标准进行确定，（1）构建基准站。像控点测量应注重判读，辅以测量，于测量之前构建基准站，要求基准站尽可能位于不动产测区中央区域，且需便于架设与看护。基准站测量区域半径应低于4km，与此同时，要求基准点所选地点易于辨别，且不具有较大局部高差变化，若转角呈弧形，或具有较大斜坡、影像模糊，则不适合设置基准站。为便于后续测量与应用，基准站构建期间需做好相关数据的记录统计工作。（2）确定像控点精度。对于相对邻近的点位，要求平面像控点、平面像控点误差均低于0.2mm，而对于像控点的高程数据，其误差则需低于0.1m。（3）外业像控点选择。可将像控点布置于道路交叉口、田坎交汇处、地类界转角、房檐边角、水池边角等棱角分明、特征分明且相对规格的区域内，以便内业人员能够精准判读，防止外业与内业判读出现差异而影响整体测绘质量。在此期间，若将房檐边角设置为像控点，则需将房檐高程点作为高程标准，同时需做好该高程点的标注，以免出现错误判读的情况。为避免影响像控点选测效果，不可将像控点布置于独立坟、中央电杆、独立树、非固定地物（车辆等）、圆形地物中央等区域。（4）像控点信息实时记录。在像控点选择与测量过程中，可按照“十字丝”方式标注像控点影像点位，借助文字详细描述点位位置，确保内业人员能够准确判读，在此基础上，按照统一格式记录像控点信息，如像控点名称、像控点坐标、点位略图、点位全图、点位详图、作业人员、点位备注说明等[4]。

3.5 三维建模

无人机飞行器倾斜测量得出案例村落不动产图像信息后，借助三维重建算法构建不动产测绘模型，以倾斜测量真实数据为支撑确定精准方位数据，采用特征匹配的方式确定点位，并进一步借助密集匹配算法、聚簇算法构建高密度点云，以点云为依据构建模型，映射不动产纹理数据，以此则可构建得出不动产测绘三维模型。

对倾斜测量三维建模流程进行总结，具体如下：

（1）新建文件，将无人机倾斜测量所得不动产影像组导入建模文件内，借助建模软件检测功能查验无人机倾斜测量图像是否存在缺失现象[5]。（2）通过内定向、相对定向、绝对定向进行空三加密（其流程可见图2）。内定向时，运用三维建模软件自动读取相机内部参数，如主点坐标、相机主距、物理尺寸分辨率等，对相机参数内定向处理。由测绘人员检查内定向结果，确认数据合格后展开相对定向处理，匹配个体模型连接点。在此基础上展开绝对定向处理，相对定向精度代表后转刺外业地面像控点，继而展开绝对定向。（3）导入GPS 数据及MU 数据，为便于数据识别，需将GPS 数据及MU 数据转化为建模软件可识别的数据格式，将其导入软件内，进一步设置其他参数及点位坐标。（4）完成上述数据处理后，将空三计算结果进行提交。（5）导入控制点，格式处理控制点文件，确保控制点数可良好适应建模软件需求。控制点文件数据导入建模软件后，对坐标系进行细化调整并进行控制点刺点。（6）刺点处理且提交空三计算结果，在此期间注意检查空三精度，要求误差数据均低于0.5m，若不符合标准，则需重复刺点，待空三精度达标后，则可进入模型构建生产环节。（7）选择三维模型空间系统，采用平面网格切块的形式构建三维模型，对瓦片大小进行调整。完成处理后提交建模项目，选择空间参考系统、三维模型输出格式以及保存路径，递交建模任务后，软件程序则会自动完成倾斜摄影三维模型的构建。（8）三维模型生成后，检查模型构建质量及格式，确认模型质量及输出格式符合要求后，则可将所构建的模型上传至网络，与不动产测绘工程相关主体实现共享。

3.6 绘制地籍图

运用不动产调查软件进行地籍图采集与绘制，对倾斜测量摄影及三维建模成果进行统计与总结，做好成果转化，将倾斜摄影原始数据及三维模型导入不动产调查软件中，转换格式并自动加载正射影像，确定图层命令后采集地籍图数据，即房屋界址点、宗地界址点，基于所构建的三维模型及不动产实际情况绘制房屋及宗地范围线。在此期间，需注意观察与确定原始数据及三维模型形式，记录数据属性，以免后续数据属性冲突而造成不必要的工作量。完成数据采集后，以DWG 格式将测绘数据上传至软件内，以免外业调绘。借助CASS 制图软件绘制地籍图，将地籍图绘制结果与村落不动产实际情况进行对比，修正差异数据，补测遗漏数据，汇总内业成果，以此即可得出符合案例村落实际情况的地籍图。

3.7 精度评价

受到仪器系统、人为操作的影响，倾斜测量三维建模测绘过程中可能出现误差数据，为实现误差控制，通常需多次测量得出平均值。因此，为了解该次案例村落倾斜测量三维建模不动产测绘效果，从多个角度进行精度评价。

3.7.1 空三精度评价

空三加密精度直接决定不动产测绘精度，并影响三维建模质量，为检验空三精度，主要运用中误差数据进行衡量。结合案例村落不动产测绘工程项目来看，其共选取28 个控制点进行空三精度计算与评价，所得误差数据如下所示：（1）最大误差。最大平面误差、最大重投影均方根误差、最大高程误差、最大三维误差分别为0.13cm、0.1px、-0.16cm、0.21cm。（2）最小误差。最小平面误差为0.01cm，最小重投影均方根误差为0，最小高程误差为0，最小三维误差为0.02cm。（3）中误差。平面误差、重投影均方根误差、高程误差、三维误差分别为0.05cm、3.44px、0.05cm、0.07cm。结合上述空三精度误差数据可见，案例村落采用倾斜摄影三维建模不动产测绘技术所得出的空三精度较高，误差均低于国家标准（0.5m），符合高精度三维建模要求及不动产测绘结果应用需求。

3.7.2 模型整体评价

对倾斜摄影三维建模成果精度进行评价，以《三维地理信息模型数据产品规范》得出平面精度规范及地形精度规范。明确评价标准后，于建模软件内打开三维模型文件，定位控制点并对其位置坐标进行测量，统计控制点坐标，进一步运用中误差公式进行计算，得出模型高程及平面中误差数据。计算控制点坐标误差数据，得出三维模型水平方向中误差、垂直方向中误差、平面中误差、高程中误差数据分别为0.041m、0.029m、0.052m、0.060m，均低于《三维地理信息模型数据产品规范》所提出的0.5m标准。

结语：

综上所述，倾斜摄影三维建模在不动产测绘工程中具有显著优势，即地物高度还原、测量参数全面、纹理细致采集等，符合不动产测绘高精度要求。在案例不动产测绘工程项目中，选择倾斜摄影三维建模技术进行测绘，科学设置测绘参数并规划航线，根据待测不动产实际情况布置像控点，进行像控点选测，在此基础上搭建三维模型，基于三维模型绘制地籍图。完成上述作业后从多个角度进行精度评价，用于了解倾斜摄影三维建模技术的不动产测绘精度。在案例农村不动产测绘项目中，倾斜摄影三维建模技术表现出了优异精度。