基于无人机摄影的城市不动产测绘技术研究

刘姣

摘要：为研究无人机倾斜摄影测量技术下的城市不动产测绘技术，文章对倾斜摄影测量技术相关理论和关键技术进行了介绍，并对城市不动产倾斜摄影测量影响因素进行了分析。以实际项目为例，对倾斜摄影在城市不动产测绘中的技术路线进行了说明，同时提出使用DP-Modeler软件进行单体化建模。结果表明：城市不动产倾斜摄影测量主要受到航摄参数、地面遮挡以及景深与超焦距三方面的影响；利用该方法建立的三维模型，其平面精度与高程精度均達到Ⅰ级标准；DP-Modeler单体化建模有利于修复三维模型，实现模型整体装饰。

关键词：倾斜摄影测量技术；不动产；DP-Modeler软件；单体化建模

中图分类号：P231 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）10-0130-03

0 引言

随着数字时代的到来，数字化城市的建设被提上日程。传统的二维模型在空间信息以及数据分析方面存在明显的劣势，并不能满足数字化城市的要求。而三维模型较二维模型相比具有直观立体、真实性强、精细化程度高等优势，更符合人类的观感习惯。其次，传统的不动产测绘通常是利用GPS搭配全站仪获取建筑物的地理信息坐标，通过人工外业采集数据与内业制图相配合的方式，完成不动产测量工作。但该方法存在成本高、效率低、精度低、环境影响较大等缺点，不能满足测量工作的精度要求。随着倾斜摄影技术的发展，利用倾斜摄影技术可构建精细化的三维模型，满足城市不动产测量的精度要求。因此，研究如何采用无人机倾斜摄影完成城市不动产的测绘工作迫在眉睫。

近年来，国内外研究学者将无人机倾斜摄影技术应用到电力工程、灾害预警、城市建设和军事防控等领域。尹林江[1]等基于无人机倾斜摄影技术构建磷石膏渣场的三维模型，通过三维模型对渣场存量进行实时监测，提高渣场信息化管理水平的同时降低了应用成本。高钊[2]等以新疆某地权籍调查项目为例，利用无人机倾斜摄影技术构建三维实景模型，解决传统权籍调查测量成本高、周期长、入户难等问题。吴明堂[3]等基于倾斜摄影技术与短基线集干涉测量技术（SBAS-InSAR）相结合的方法，识别白鹤滩水电站库周围区域滑坡隐患点，同时通过构建的精细化三维模型识别滑坡体。周云[4]等将无人机倾斜摄影技术应用于桥梁建模，提出一种桥梁有限元逆向建模技术，通过无人机摄影建立的有限元模型具有精度高、可靠性较好等特点。李峰[5]等以北京市政路桥建材集团集料区为例，基于无人机倾斜摄影技术与运动恢复结构算法，建立三维模型，结果表明：该方法可以快速获取影像，计算效率高、精度高。何永钟[6]利用无人机倾斜摄影技术构建露天矿区三维模型，同时对三维模型精度（平面、高程）进行评价。崔诏[7]等以西藏某房地一体项目为例，利用无人机倾斜摄影技术构建房地一体项目三维模型。

然而，上述学者对无人机倾斜摄影技术下三维模型构建的研究还不够充分。目前大多数研究学者研究集中于对三维模型的优化方面，较少涉及城市不动产以及单体化建模的研究。因此，本文在前人研究的基础上，进一步对无人机倾斜摄影下城市不动产测绘技术进行研究，提出使用DP-Modeler软件进行单体化建模。该研究为今后城市不动产测绘技术的发展提供基础支撑。

1 无人机倾斜摄影测量技术

1.1 基本原理

无人机倾斜摄影技术是基于传统摄影测量技术的基础上进一步发展的产物。它指的是在无人机上搭载多个航摄仪，由飞控控制所有相机同时拍照，获取多方位影像数据，同时记录相机曝光时的位置和姿态 [8-10]。这一技术解决了传统摄影测量技术中地面正射影像获取困难的问题。倾斜摄影测量技术利用无人机作为摄影平台，通过搭配传感器与摄影镜头，获取多层次、多维度的地物信息。相对于传统垂直摄影测量，倾斜摄影搭载的相机更多，摄影时不仅可以获取建构筑物的顶部纹理数据，还可以获取建构筑物的侧面纹理数据，从而获得更多可用数据。后期数据解算得到的成果精度更高、用途更广。

1.2 倾斜摄影测量关键技术

倾斜摄影测量的关键技术主要包括：无人机航线规划（飞行高度、重叠度、航线规划的类型）、像控点的布设、多视影像预处理、联合平差与密集匹配、纹理映射、点云构网。

1.2.1 无人机航线规划

在无人机倾斜摄影技术中，规划的航线需要符合国家航空摄影测量技术标准规范。根据地面实际分辨率的要求和重叠度的设计，可以对飞行高度、飞行速度等参数进行计算。

1.2.2 像控点布设

像控点是控制加密以及测图的基础，像控点可以校正三维模型的真实坐标。像控点的数量和布设位置影响着三维模型的整体精度。因此，在布设像控点时应当注意将其布置在无遮挡处，以确保其清晰可辨。目前像控点的布设方式包括地面布控、顶层布控以及地面-顶层联合布控。

1） 地面布控。地面布控应当选择环境开阔以及无遮挡的区域，按照边缘加中心的布设原则对实验区域进行像控布设。对于倾斜摄影来说，由于重叠度高，无须考虑航线，只需要按照距离进行像控点布设，并在边缘以及拐角处加密布设像控点，以保证边缘精度符合要求。

2） 顶层布控。顶层布设应当在区域边缘以及中心位置选取合适的建筑物，在其楼顶开阔且无遮挡的区域布设像控点。这种布点方式多用于城区，因为在城区进行倾斜摄影时，地面上的像控点易被遮挡，影响刺点。布设于建构筑物顶部，遮挡较少、清晰度高、刺点更准确、成果精度更高。

3） 地面-顶层联合布控。选择环境开阔以及无遮挡的地面区域，按照边缘加中心的布设原则对实验区域进行像控布设，同时选择合适的建筑物，在其楼顶开阔且无遮挡的区域布设像控点，实现不同高层的联合布控。这种布设方式获取的测绘成果精度更高，可用于高精度的测绘产品生产。

1.2.3 多视影像畸变处理

在倾斜摄影测量过程中，传感器可能存在内外部变形，导致数据产生几何变形。多视影像预处理是指对产生几何变形的影像数据进行预先纠正。这种纠正方式一般有两种：一是采用高精度相机参数对原始畸变进行纠正，即数据解算前纠正；另一种是在数据解算时，利用像控点数据对“空三”加密成果进行优化，从而得到准确的相机参数，完成影像的畸变纠正。

1.2.4“ 空三”加密

空中三角测量的精度对倾斜摄影测量成果质量有很大的影响，因此在测量过程中应当重视空中三角测量，图1为“空三”加密的流程。

1.2.5 多视影像密集匹配

多视影像密集匹配是倾斜摄影测量技术的重点与难点。利用影像密集匹配技术，基于“空三”加密成果得到的少量加密点坐标，可以匹配得到密度更高、精度更高的三维离散点数据，并基于影像之间的关系，筛选出精度更高的数据，同时剔除因分辨率不同、比例尺不同等因素匹配得到的误差大的加密点数据，进而得到地物的三维数据信息，使三维模型的精度得以保证。

1.2.6 点云构网

利用密集点云构建三角网，三角网的密集程度与点云数量成正比。随着倾斜摄影数据量的增多，匹配得到的密集点云数量更多，构建的三角网也会变得更加密集。

1.2.7 纹理映射

三维模型的好坏程度可以通过建筑物纹理信息进行评价，纹理映射可使三维网格更易被识别。

2 城市不动产倾斜摄影测量影响因素分析

2.1 航摄参数

无人机倾斜摄影测量技术利用多个具有一定倾角的摄像头对地面目标全覆盖拍摄。影响城市不动产倾斜摄影测量的主要航摄参数有分辨率、覆盖范围、重叠度以及姿态角。图2为影响摄影测量的具体航摄参数。

2.2 地面遮挡

地面遮挡会导致被遮挡区域测量信息丢失，图像特征点难以提取，形成模型空缺，最终得到残缺比较严重的模型成果。因此须构建相应的数学分析模型，本文简单利用外接圆原理提出遮挡面积的计算公式。

2.3 景深与超焦距

景深与物距及光圈号数呈正相关的变化趋势，景深与焦距呈负相关的变化趋势。超焦距距离与光圈号数、弥散圆、焦距的选择有关，在实际计算过程中弥散圆为常数，因此焦距和光圈的选择尤为关键。

2.4 姿态角

姿态角不同也会对拍摄产生一定影响，其中姿态角包括俯仰角、侧滚角以及旋偏角。

3 倾斜摄影技术在城市不动产测量中的应用

3.1 试验区

本次试验区选择某城镇地区。该地区面积较大、地势平坦、视野开阔、交通便利、地物种类丰富且有较高的识别度。该区域内无超高层建筑。

3.2 技术方法

利用无人机作为飞行平台，对数据进行采集并对采集的数据进行质量检查，除去质量不符合要求的数据后，利用Context Capture Center软件对影像数据进行处理，构建三维实景模型，图3为技术路线图。

3.3 三维模型构建

利用Context Capture Center 软件，按照上述流程对影像数据进行处理。首先创建项目，在软件空区块block_1d的影像模块中导入影像数据和POS数据，填写相机焦距，随后检查影像文件并进行空三加密。检查影像加密点的误差。在经历反复的空三迭代平差运算后，就可以构建三维模型。

3.4 精度分析

根据相关规范对三维模型精度进行分析，通过分析三维模型的平面精度与高程精度，对三维模型的精度进行评级，表1为12个检查点的平面误差与高程误差。

以算数平均值代替中误差，通过误差分析可知，本模型在X方向中误差为0.028 m，Y方向中误差为0.019 m。三维模型的平面精度为0.036 m、高程精度为0.050 m，比例尺为1∶500，依据《三维地理信息模型数据产品规范》标准可知，本次三维模型平面精度与高程精度均达到Ⅰ级标准。

4 三维模型单体化

三维模型单体化是指模型中对象是独立存在的，可以被单独分离的实体。单体化处理有利于后期模型的优化，本次单体化建模基于DP-Modeler 软件进行。

4.1 单体化建模流程

单体化流程主要包括数据准备、导入数据以及单体化操作。在进行单体化操作时，要确立“基准面”，基于空三加密成果或实景三维模型成果，将建构筑物的结构采集出来，并通过实景三维模型或空三纹理，对单体成果进行纹理映射。对于映射效果不理想的区域，可联动Photoshop软件，对纹理进行修饰，然后重新映射，从而得到单体化模型成果。最后，在保证三维模型真实性的前提下，要实现单体化建筑与场景的相互融合。

4.2 DP-Modeler 单体化优势

模型单体化离不开DP-Modeler软件。其具有三维模型修饰模块，可实现模型的整体修饰。同时DPModeler软件可以与Max交叉融合，使整体三维模型更美观真实。其次，在单体化建模中可以利用DPModeler软件中的修复功能对场景进行还原，图4为水域优化对比图。

5 结束语

本文对无人机倾斜摄影测量技术进行介绍，并对城市不动产倾斜摄影测量影响因素进行分析。提出使用DP-Modeler软件进行单体化建模操作。利用该方法构建的三维模型平面精度与高程精度均达到Ⅰ 级标准。同时发现利用Mesh模型局部分离后再利用DP-Modeler自带的修饰工具优化模型，可以得到更为精细的三维模型。然而，本文研究对象仅为城镇地势较为平坦的地区。本次试验精度能否适用于地形地貌较为复杂的山区，值得验证。

参考文献：

[1] 尹林江，李威，李江，等.三维倾斜摄影技术在磷石膏渣场生产及运营管理中的应用[J].中国非金属矿工业导刊，2022（5）：70-74.

[2] 高钊，张德成，闫琳琳，等.无人机倾斜摄影技术在新疆权籍调查中的应用[J].地理信息世界，2022，29（6）：104-107，113.

[3] 吴明堂，姚富潭，杨建元，等.基于倾斜摄影测量与InSAR技术的库区滑坡识别[J].人民长江，2023，54（3）：130-137.

[4] 周云，刘鹏，郝官旺，等.基于无人机倾斜摄影技术的桥梁有限元逆向建模方法研究[J].湖南大学学报（自然科学版），2023，50（9）：13-23.

[5] 李峰，魏文雪，孙轩，等.基于无人机技术的沥青厂集料堆体积测算方法[J].北京工业大学学报，2022，48（6）：1-10.

[6] 何永钟.倾斜摄影技术在露天矿区三维重建中的应用[J].测绘与空间地理信息，2022，45（11）：204-207.

[7] 崔诏，莫玉兵，杨枫，等.消费级无人机倾斜摄影技术在西藏地区房地一体项目中的应用[J].测绘与空间地理信息，2022，45（S1）：279-281.

[8] 魏軍，于洪雨，靳巧珠，等.无人机倾斜摄影技术在农村房地一体确权登记项目中的应用研究[J].测绘与空间地理信息，2023，46（2）：60-63.

[9] 万敏.基于无人机倾斜摄影测量的房地一体调查及精度分析[J].测绘与空间地理信息，2023，46（11）：212-215，221.

[10] 邹馨，刘健，陈晓勇.无人机倾斜摄影在不动产测量的应用[J].北京测绘，2022，36（10）：1396-1401.

【通联编辑：梁书】