傾斜攝影測量技術在不動產測繪中的應用研究

喜文飛，李國柱，趙子龍，白世晗，張東升

(1.云南師范大學旅游與地理科學學院，云南 昆明 650500； 2.云南海鉅地理信息技術有限公司，云南 昆明 650000；3.云南省水利水電勘測設計研究院，云南 昆明 650021)

1 引 言

不動產登記中需要全面調查每一宗地上的房屋產權狀況、位置、界址、面積、用途等基本信息[1]。傳統的不動產測繪，外業工作量大，效率低，受外界條件影響較大，獲取的成果大部分是二維平面，缺乏立體感。

傾斜攝影測量技術是最近興起的一種技術方法[2～4]。利用無人機技術獲取數據，操作便利、高效，大大降低作業風險和成本，無人機影像可以進行幾何重建，獲得數字表面模型和點云數據[5，6]。獲取的信息可以廣泛應用在考古學、植被監測、交通監控、災害管理等[7～11]。

國內外學者針對傾斜攝影測量的應用進行了研究。譚仁春等人將傾斜攝影測量技術和MAX技術相結合實現了城市三維建模，取得了理想的效果[12]。孫宏偉基于傾斜測量技術實現城市三維建模的快速化[13]。劉梅姜探索了傾斜攝影測量技術在三維地籍測量與調查中的應用[14]。本文利用Smart3D軟件進行三維模型構建，以云南師范大學校園和某工程項目為例構建模型，在三維模型的基礎上進行房產數據采集。

2 傾斜攝影測量的三維模型構建技術

傾斜攝影測量是新興的低空航空攝影測量技術，可以全方位地拍攝地表真實情況，獲取多角度的影像數據[15，16]。獲取的影像數據可以進行三維模型構建，很直觀地表現豐富的地物信息。圖1為傾斜攝影測量原理示意圖。

圖1 傾斜攝影測量原理示意圖

無人機傾斜攝影三維建模主要涉及3個關鍵內容：①影像預處理；②自動空三：依據測區內均勻分布的地面控制點，利用立體測圖技術，解算匹配加密點的平面坐標和高程；③密集匹配：將多張影像上的同一特征點進行匹配，計算影像之間的空間變換模型。圖2為無人機傾斜攝影測量三維建模流程圖。

圖2 三維建模流程圖

3 應用案例

3.1 無人機數據獲取

本文采用六旋翼無人機進行數據采集，如圖3所示。采用GPS/GLONASS雙模，像素 1 240萬，像素參數如表1所示。

圖3 六旋翼五鏡頭無人機

無人機相機參數 表1

注：畸變參數單位為mm，坐標原點在影像中心，x軸向右，y軸向上。

本次實驗的主要思路設計如下：

(1)利用無人機獲取原始影像數據，外業采集數據光線要均勻；

(2)檢查影像是否滿足建模的質量需求，剔除質量較差的影像，對影像數據進行預處理；

(3)構建三維模型；

(4)利用構建的三維模型進行房產信息采集。

利用無人機獲取影像，無人機飛行高度 200 m，地面分辨率為 4 cm，相片航向重疊度為80%，旁向重疊度為70%，航線3條(如圖4所示)。對獲取的影像數據進行質量檢查，配準對齊，選取其中一組照片(如圖5所示)。

圖4 無人機飛行航帶

圖5 傾斜攝影測量影像

3.2 無人機影像數據處理

無人機影像數據處理之前先要進行影像的勻光、鏡頭畸變處理。經過預處理之后，利用Smart3D軟件對影像數據進行三維模型構建，構建的三維模型如圖6、圖7所示：

圖6 云南師范大學東區三維模型

圖7 云南師范大學睿智5號樓

從以上三維模型可以看出，構建的三維模型形象逼真，細節呈現較為豐富，在構建的三維模型中選取云南師范大學睿智5號樓作為案例研究對象，將三維模型導入到清華三維軟件里面進行房產數據采集，如圖8所示。

圖8 房產數據采集示意圖

利用傾斜攝影測量模型采集了房屋的邊長數據，如圖9所示，在房產圖里面總計有21個界址點，21條邊長。利用全站儀對房屋進行數據采集，采集的房屋邊長如圖10所示。利用實測的邊長數據進行精度驗證，驗證的結果如表2所示。

圖10 實測房產圖

精度對比 表2

從表2分析，最大誤差是0.493 m，最小的誤差是 -0.047 m。分析原因可以得出，該房屋周圍部分邊長具有屋檐，在房屋拐角點有屋檐存在，模型捕捉不準確，利用誤差公式(1)計算中誤差。

(1)

航測法的界址點的精度要求 表3

根據表3的精度要求，1∶500比例尺中，平地、丘陵相鄰界址點的中誤差為 ±0.25 m，限差為 ±0.50 m[17]，該房屋的中誤差為 ±0.24 m，可以滿足 1∶500比例尺不動產測繪。

為了進一步驗證無人機傾斜攝影測量能否在不動產測繪上的應用，對某項目進行野外數據采集，同時結合三維激光掃描技術進行數據驗證，圖11為無人機作業區域，圖12是構建的三維模型，利用獲取的三維模型構建矢量圖，同時對獲取的點云數據進行矢量描述，將兩個矢量圖進行疊加，紅線區域吻合較好，白線區域有錯位，利用16個驗證點進行精度分析，如表4所示，從表中可知，X和Y坐標的中誤差可以滿足 1∶500數字測圖需要。

圖11 無人機測區

圖12 傾斜攝影測量三維模型 圖13 地籍測量矢量圖

4 結 論

利用無人機傾斜攝影測量技術進行三維模型構建，可以對房屋進行多角度、全方位立體測量，傳統的不動產測繪不具備該功能，三維模型的直觀性使外業的量測工作可以在室內的計算機上完成，提高了工作效率，縮短項目工期。另外，三維模型可以較好地反映房屋每層的信息，直觀性較強，對于隱蔽地區也能很好地反映出來。

房屋密集地區及個別遮擋嚴重的建筑物，傾斜攝影測量構建的模型拉花現象較為嚴重，結合全站儀測量可以解決該問題。