傾斜攝影三維建模技術在不動產登記中的應用

陳亞男，范新成

(臨沂市國土資源局測繪院，山東 臨沂 276001)

技術方法

傾斜攝影三維建模技術在不動產登記中的應用

陳亞男，范新成

(臨沂市國土資源局測繪院，山東 臨沂 276001)

2016年，不動產統一登記正式實施，不動產要素數據和屬性的復雜性對空間地理信息提出了更高的要求。傳統二維地理信息數據僅僅是平面的數據，無法實現對三維空間管理的需要。傾斜攝影測量是近年來發展十分迅速的一項高新測繪技術，能夠以大范圍、高精度、高清晰的方式全面感知復雜場景，獲取高分辨率的數字地面模型、逼真的真正射影像和精細的真三維城市模型等測量產品，其中，精細化的三維模型作為城市地理空間框架的重要新型數據，為城市規劃、建設、管理和信息化提供三維空間環境，更能反映真實的現實世界，目前已在許多行業得到應用。將該模型應用于不動產統一登記，對于實施三維不動產登記管理，提高不動產空間管理的能力具有重要意義。

傾斜攝影測量；三維建模；不動產登記

0 引言

2014年，國家正式公布《不動產登記暫行條例》，明確建立不動產登記制度[1]。2015年3月，國土資源部發布關于做好不動產權籍調查工作的通知，明確了不動產統一的權籍調查技術方案。在權籍調查過程中產生的不動產權籍調查、登記，前期審批、交易、竣工驗收的成果，集體土地所有權地籍圖、城鎮地籍圖、村莊地籍圖、海籍圖、地形圖、影像圖等圖件形式的工作底圖，以及調查后產生的權利人、權利類型、權利性質、四至、面積等不動產權屬信息數據整合難度較高[2]。

目前，不動產登記統一平臺基本采用基于傳統二維地圖的GIS系統進行建設和管理，難以對三維空間不動產信息進行精細化、準確化、直觀化的空間信息管理。特別是城市內部不斷地向規模化、立體化發展，不動產權屬空間分布復雜，二維GIS系統難以滿足實際需要。

傳統的航空航天攝影測量主要針對地形地物頂部進行測量，基本上不獲取起伏明顯的地形地物側面的紋理和三維幾何結構等信息，而傾斜攝影測量是近年來發展十分迅速的一項的高新測繪技術，能夠以大范圍、高精度、高清晰的方式全面感知復雜場景[3]，獲取高分辨率的數字地面模型、逼真的真正射影像和精細的真三維城市模型等測量產品，其中，精細化的三維城市模型作為城市規劃、建設、管理和信息化的空間基礎數據，日益得到廣泛的應用，并成為城市地理空間框架[4]數據的重要內容。該文在分析傾斜攝影測量三維建模相關技術的基礎上，探討將其應用于不動產統一登記業務的可行性。

1 傾斜攝影測量技術

1.1 概況

傾斜攝影技術(Oblique Photography Technique)是國際測繪領域近些年發展起來的一項高新技術[5]，它顛覆了以往正射影像只能從垂直角度拍攝的局限，是不動產登記新一代的攝影測量技術。

傾斜攝影測量技術主要包括數據獲取和數據處理技術。數據獲取部分一般包括一個垂直攝影相機和4個傾斜攝影相機，與GPS接收機、高精度IMU慣性系統進行高度集成。攝影相機用來獲取影像信息，GPS、IMU分別獲取位置和狀態信息。數據處理部分，一般通過在系統中集成定位、定姿設備信息拍攝的每張影像上提供位置姿態信息。

通過該種方式獲取的影像不僅能真實反映現實世界實際地物的情況，通過定位技術掛接豐富的地理屬性信息，豐富了遙感影像在業務管理信息系統建設中的應用。同時，該技術的成熟應用，大大降低了傳統三維建模的成本和建設周期，增強了用戶應用體驗，其成果已經廣泛應用于數字城市/智慧城市、城市應急、城市管理、房產管理等各個行業。

1.2 主要技術特點

(1)和傳統正射影像相比，傾斜影像可從多個角度觀察地物，更加真實地反映地物的實際情況[6]。

(2)依托相應軟件，可直接在成果影像上進行高度、長度、面積、角度、坡度等的量測[7]。

(3)在三維模型制作上，可直接從傾斜影像批量提取建筑物頂面和側面紋理，并支持批量貼紋理，能夠縮短三維建模建設周期。

(4)和傳統三維模型數據相比，傾斜攝影測量技術獲取影像的數據量要小得多，支持目前OGC通用標準[8]，可快速進行網絡服務發布，實現在線網絡共享應用。

2 城市三維建模技術

2.1 傳統三維城市建模

三維城市模型是在二維地理信息基礎上制作出的一種三維模型，使二維地理信息系統發展成為三維地理信息系統，可以分析城市的自然要素和建設要素，用戶通過交互操作，得到一種真實、直觀的虛擬城市環境感受，是二維地理信息的豐富和升級。傳統三維建模主要有2種方式：一種是利用二維線劃數據及相應的高度屬性信息進行三維建模，并在建筑物表面貼上實際的紋理照片[9]。該種方式成本高、周期長，不適合大區域作業。另一種方式是采用數字攝影測量技術進行三維建模，即在構建的空間作業環境中，快速采集地物、地表特征點、線、面及相應地物高度，可自動進行三維建模，并支持規則建筑物紋理自動提取。該種方式建模速度快，便于更新。

2.2 基于傾斜攝影測量的三維建模

2.2.1 技術特點

傾斜攝影測量三維建模技術主要是基于機載多角度傾斜攝影和激光雷達掃描技術的真三維數據快速構建技術。

激光雷達技術是利用飛行器作為載體，通過激光發射器向地面發射高頻度激光，對地面進行掃描，通過反射時間獲取地表高精度、高密度激光點云數據技術，能精確、高效獲得完整的地表形狀信息[10]。

傾斜攝影技術通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時，從1個垂直、4個傾斜共5個不同的角度拍攝照片，作為真三維數據的紋理圖像。對多角度傾斜影像數據、機載激光點云數據進行解算合成處理，可高度自動化地生成真三維數據，在保證精度和可靠性的前提下，后處理效率極高，是傳統虛擬建模技術的數十倍，極大地提升了基礎數據的獲取效率。

在激光雷達定位和點云數據[11]的支撐下，基于傾斜攝影測量技術進行三維建模，是近年來發展起來的一種新型三維建模方式，能夠更直觀真實的反映現實世界。該建模方式，不僅能夠快速獲取大范圍地物空間信息，還可以建立高定位精度的模型，建立的模型細節更豐富，要素更全面，真實感更強，生產速度更快。以該數據作為統一的地理空間環境載體，打通各行業信息平臺接口，整合不同部門的信息，和傳統二維地理信息相比，基于傾斜攝影的三維模型地理信息更有優勢。其優勢主要體現在：①傾斜攝影測量三維模型完整地提供與真實世界高度一致、所見即所得的真三維場景，保證了每個地物都能找到對應的真三維空間位置；②傾斜攝影測量三維模型采用高精度的激光點云數據作為三維實體模型的基礎，保證了數據精度和可靠性。真三維數據中所有位置的平面、高程精度均能滿足1∶1000甚至1∶500比例尺地形圖測繪規范的要求；③傾斜攝影測量三維模型的核心技術之一是自動化建模技術[12]，自動化程度是傳統虛擬建模生產效率的數十倍。

2.2.2 技術路線

地形模型建模：先從點云數據中提取地面點，內插形成規則格網，再將正射影像疊加到規則格網生成地形三維模型。

建筑物建模：把經過按照統一標準分類后的建筑物點云和空間定位后的傾斜攝影測量影像導入到專業軟件中，繪制建筑物輪廓線，然后，進行建筑物立面細分，細部處理，貼紋理，得到建筑物模型。

將地形模型和地物模型進行整合，在專業軟件中加載地形、建筑物模型，導入道路及景觀等模型，對所有模型進行整合編輯處理，各模型保證無縫銜接，形成整個城市的真三維模型(圖1)。通過專業軟件，可將三維模型數據導出為通用格式，用于各專業信息系統建設。

圖1 城市真三維建模流程圖

2.3 三維模型單體化

傾斜攝影測量自動化建模，是在空三加密后，對影像生成點云，然后進行抽稀，再構建三角網，最后進行貼紋理的一個過程。整個過程沒有人工干預，地面所有的地物全部參與TIN的構建，所以，生成的三維模型是一個整體，包括建筑物、道路、植被等所有地面物。由于輸出的三維模型是連片的、無法單獨選中要管理的地物，因此不便應用；為了能進行查詢和管理，需要能單獨選中某個地物，賦予屬性，查詢它對應的業務屬性，使其具有GIS數據最基本的功能。因此，對不同的地物要素進行分離尤有必要，即單體化。目前，對傾斜攝影測量三維模型進行單體化，技術上主要有3種途徑：①切割法：用建筑物等對應的矢量面數據對三維模型進行切割，把連續的三角網進行物理分割，實現單體化。②ID單體化：利用三角面中每個頂點額外的存儲空間，把對應的矢量面的ID值存儲起來；即一個建筑所對應的三角面的所有頂點，都存儲同一個ID值，從而實現在鼠標選中這個建筑時，該建筑可以呈現出高亮的效果。該方法需要預選處理數據。③動態單體化：在三維渲染的時候，動態地把對應的矢量面疊加到傾斜攝影模型上，類似于一個保鮮膜從上到下完整地把對應建筑等物體的模型包裹起來，從而實現可被單獨選中的效果。該方法是在渲染時動態繪制。前2種方法都可以實現三維模型的切割分離，進行地物選中，賦予屬性并進行查詢，但是達不到對于三維環境下的分析計算能力的支持。動態單體化是在三維渲染過程中，動態地把對應的矢量底面套合在模型表面上，無需提前預處理，只要三維GIS軟件和運行終端支持渲染即可，套合后的模型底邊平滑度與顯示器分辨率一致，顯示效果好。該方法把二維矢量面和三維傾斜攝影模型結合起來，可以充分利用二維GIS軟件對數據的查詢、分析能力，最大限度地發揮GIS的功能。

在動態單體化的思路下，可以進一步進行技術增強，對不同樓層(圖2)、單元甚至到每一戶(圖3)進行動態單體化，即在每一層每一戶樓層高度信息矢量面數據的控制下，利用動態單體化技術對模型進行切割，以獲取單層或單戶的模型，從而實現三維模型分層分戶化。

圖2 按層透視效果圖

圖3 按戶透視效果圖

三維模型動態單體化解決的首要問題是配套樓房矢量面數據的獲取問題。現在通常有2種方式，一是在保持DLG與三維模型數學基礎一致的情況下，可以直接利用已有的大比例尺DLG矢量數據；二是如果沒有DLG數據，需要利用傾斜攝影測量獲取的高分辨率DOM影像，在空三環境下進行樓房半自動繪制。目前，有些商業公司正在進行數據自動化獲取測試，但在計算速度、總體效果等方面還需要進一步摸索和提升。

3 三維不動產登記

3.1 三維不動產登記單元

隨著城市建設的發展，集約節約利用土地，城市空間化利用已成為土地利用的趨勢。地下商業空間、高架路、高層建筑等的出現，傳統的基于二維地表的不動產管理和登記模式越來越不能滿足不動產登記工作的要求。《不動產登記暫行條例》明確規定，不動產登記涵蓋土地、海域、房屋、林木等附著物，及附著于地表的空間構筑物。同一土地表面地上、地下建筑物和構筑物的權屬可能屬于不同的權利人，這種情況，傳統的二維地理信息無法提供有效的三維空間載體，權力空間也無法界定[13]。

不動產登記實施以前，地籍管理是以地表權利為核心，在權利登記上，無法把同一宗地上分屬不同權利主體的空中、地表、地下權利直觀表示出來，甚至對地上和地下空間的利用信息沒有記載，無法真實、客觀反映在空間上權利重疊宗地之間的相互關系，空間產權不明晰。三維不動產登記不受二維信息記錄模式的限制，能夠真實反映不動產權利主體的空間利用狀況[14]。

《不動產登記暫行條例》明確規定，不動產以不動產單元為基本單位進行登記。三維不動產登記以一個不依賴地表土地存在的不動產單元為基本單位，可有效解決因權利主體空間范圍不明確造成的權利信息記錄復雜等問題，可推動土地立體化利用，保障空間權利。

3.2 三維不動產登記平臺對三維地理信息的需求

不動產統一登記包含了土地、房屋、草原、林地、海域等多個領域的數據和屬性信息。登記平臺要具備實現大場景空間數據的快速加載和高效運行的能力[15]。要與二維GIS的數據實現無縫銜接，確保系統底層數據的一致和同步；應滿足與二維的數據服務接口互用[16]，實現數據共用。數據的存儲要求能支持大數據量地形模型數據、海量三維建筑模型數據、海量矢量數據及TB級數據庫數據快速存取[17]。

3.3 不動產登記對數據精度的要求

傾斜攝影測量三維模型的平面和高程精度主要來自于傾斜攝影測量和激光掃描起算數據的精度，目前，起算數據基本采用省級CORS站定位，其精度完全滿足1∶500比例尺地形測量精度標準，因此，使用省級CORS站定位信息獲取的傾斜攝影測量和激光掃描數據的精度，地表高程差小于0.05m的點約占80%以上，符合單個激光點精度達到0.15m以內的相關規定[18]。因此，傾斜攝影測量三維模型數據精度滿足不動產登記的要求。

4 三維模型在不動產登記中的應用

把傾斜攝影測量獲取的高清影像和三維模型應用于不動產統一登記平臺，實現了復雜不動產信息在三維空間環境下的真實、準確呈現。依托三維模型動態單體化技術，利用樓房分層分戶數據，對三維模型進行處理，獲取分層分戶的樓房模型，按分層或分戶方式[19]，對模型屬性掛接相應的不動產登記信息，并關聯相關的地籍圖、戶型圖等數據資料，形成完整的不動產登記信息數據。不動產信息登記完成后，依托統一的二、三維一體化空間支撐環境，可在三維環境下進行圖查屬性、屬性查圖、緩存區分析與查詢、專題圖制作等(圖4)，在二維環境下也可實現同樣的功能。

圖4 按層按戶查詢信息效果圖

不動產登記管理部門可以多維度在線查看三維數據，四至更清晰，產權更明確，避免了不動產糾紛，保護了權利人的合法權益，克服了“外業調查指認落宗耗時耗力、房屋落宗編號耗時長、即時業務辦理不及時”等問題，提高了不動產統一登記管理的質量和效率。同時，不動產權利人也可以查詢自己住宅小區的地理區位和房屋坐向、采光等情況，便于事先了解房產信息。

5 結語

傾斜攝影測量三維建模技術是近年來測繪領域發展起來的一項高新技術，依托該技術獲取的成果不但能夠反映真實地理情況，還可以掛接詳細的屬性信息。將三維模型進行動態單體化，獲取分層分戶模型數據應用于不動產統一登記平臺，從數據角度實現平臺層面的統一，從技術層面為不動產全方位管理提供了可行的解決方案。當然，現階段三維不動產仍有許多關鍵技術需要突破、探索和研究，相關支撐技術的發展對于加快土地立體空間綜合利用[20]將起到重要的助推作用。

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ApplicationofThreeDimensionalModelingTechnologyofObliquePhotographyinRealEstateRegistration

CHEN Yanan, FAN Xincheng

(Linyi Bureau of Land and Resources, Shandong Linyi 276001, China)

In 2016, the unified registration of real estate was formally implemented. Due to the complexity of the data and attributes of real estate elements, higher requirements have been put forward for geospatial information. Traditional two dimensional geographic information data is only plane data, which can not meet the needs of three dimensional space management. Tilt photogrammetry is a new mapping technology which have been developed rapidly in recent years. It can feel complex scenes comprehensively in large range, high precision, high clear form, get real projective digital terrain model, high resolution and fine realistic image of true 3D model measurement products. Among them, as an important data model city geo spatial framework, the refinement of 3D model can provide a three-dimensional environment for city planning, construction, management and information technology. It can better reflect the reality of the real world. It has been applied in many industries. The model is applied to real estate unified registration, which is of great significance for the implementation of three-dimensional real estate registration management and the ability to improve the management of real estate space.

Oblique photogrammetry; 3D modeling; real estate registration

2017-04-26；

2017-06-05；

陶衛衛

陳亞男(1988—)，男，山東臨沂人，助理工程師，主要從事智慧城市建設、不動產測繪等工作；E-mail：lyugis@126.com

P209

B

陳亞男，范新成.傾斜攝影三維建模技術在不動產登記中的應用[J].山東國土資源，2018,34(1)：72-76.CHEN Yanan, FAN Xincheng. Application of Three Dimensional Modeling Technology of Oblique Photography in Real Estate Registration[J].Shandong Land and Resources, 2018,34(1)：72-76.