基于傾斜攝影三維建模的不動產單元表達模型

王小維 王建超

（1.常州市測繪院,江蘇 常州 213003;2.常州市不動產登記交易中心武進分中心,江蘇 常州 213000）

0.引言

近年來，我國經濟實力飛速提升，不動產種類與數量劇增，為不動產登記帶來難度。原有不動產登記制度存在較多問題，如權利人辦理不動產登記、注銷、抵押等業務時，需到多個部門辦理手續，過程較為繁瑣，不但耗費大量人力、物力，也導致不動產管理效率低下，不利于國家對不動產的管理。另外，也存在權屬不明、重復登記、交易隱患較多等問題。而國外發達國家具有較為完善的不動產登記制度與相應的法律法規，且很多國家已開始著手推動三維不動產的建立。作為處于高速發展階段的中國，也需對自身不動產管理制度及法律法規進行完善。

不動產登記有助于滿足社會需求，提升政府部門工作效率。但不動產數據來源較廣、規模較大，其正確性與完整性無法保證，且缺乏統一的不動產單元表達形式，為不動產的登記與管理工作帶來壓力。為加快不動產登記工作效率，構建統一的不動產單元表達模型勢在必行[1]。傾斜攝影三維建模技術能夠在極短時間內獲取目標影像數據，直觀展示要表達的信息，已被廣泛應用于軍事、考古等領域。為簡化不動產單元表達形式，滿足現今多種類、多數量不動產登記及其管理需求，本文提出基于傾斜攝影三維建模的不動產單元表達模型研究。

1.不動產單元表達模型研究

1.1 不動產單元劃分與編碼

對不動產單元進行簡明、精確表達，首要任務是劃分與編碼不動產單元，具體過程如下：

從本質角度出發，將不動產單元定義為具有封閉界線與使用價值的獨立空間，其判定條件：（1）地理空間唯一性，可以利用測量手段獲得不動產單元的位置信息；（2）權屬界線固定性，確定土地使用權的范圍；（3）使用價值實際性，此條件主要針對不動產權利人[2]。

基于上述分析，將不動產單元劃分為兩大類，分別為單一實體組合與多實體組合的不動產單元。其中，單一實體組合的不動產單元指純土地，無構筑物、建筑物等其他設施。此種類別的不動產單元組成成分較簡單，具有相對明確的空間位置及權利人信息，是一個三維權利空間；多實體組合的不動產單元是指純土地及其地上其他附著物。常規情況下，指的是房地一體的不動產單元，內、外部之間存在著一定的關聯關系與空間拓撲關系。

在不動產單元的登記與管理過程中，需對每個不動產單元進行編碼。編碼原理為：以宗地為核心，利用宗地定位到垂直空間的其他物體，使不同不動產單元具有統一的編碼形式，為不動產單元的登記及管理提供便利[3]。

依據研究內容，將不動產單元編碼位數設置為28，層數設置為8，其結構（如圖1所示）：

圖1 不動產單元編碼結構示意圖

根據圖1可知：不動產單元編碼第一層代碼為6位，取值范圍為000001～999999；第二層代碼為3位，取值范圍為000~999，地籍區代碼編制原則為自上而下及自左而右；第三層代碼為3位，取值范圍和編碼原則與第二層保持一致；第四層代碼為2位，取值范圍為AA~ZZ，每位編碼代表的含義均不同，具體（如表1所示）：

表1 宗地特征碼含義表

第五層代碼為5位，取值范圍與第一層保持一致；第六層代碼為2位，取值范圍為A~Z，每位編碼代表含義均不同，具體（如表2所示）：

表2 附著物代碼含義表

第七層代碼為8位，取值范圍為00000000~99999999，前4位代表邏輯幢代碼，后4位代表戶代碼[4]。

通過上述過程完成不動產單元的劃分與編碼，并對編碼中的代碼進行深入地分析與解釋，為后續不動產單元表達模型的構建打下堅實的基礎。

1.2 三維不動產單元邊界信息提取

為確定不動產單元的權屬邊界，通過傾斜攝影技術獲取不動產單元圖像，以此為基礎，提取不動產單元的三維邊界信息。相較于傳統攝影技術，傾斜攝影技術能在多個方位觀察不動產單元，獲取目標的多方位信息，為后續三維不動產單元實體的創建提供支撐。

基于傾斜攝影技術獲得的不動產單元圖像較多，且順序較為混亂，很難對不動產單元邊界進行找尋及其提取。因此，構建貼片模型對不動產單元圖像進行匹配與聚簇。貼片模型實質為矩形平面，具有中心點、單位法向量與半徑，可為不動產單元圖像匹配及其聚簇提供依據[5]。

在圖像匹配過程中，需滿足光度一致性要求。采用共軛梯度算法計算光度最佳數值，計算公式如式（1）所示：

常規情況下，貼片模型p的可見度主要由T（p）與S（p）決定，S（p）是參照圖像集的子集。因此，以式（1）得到的光度最佳數值為基礎，確定S（p）的初始估計值，表達式如式（2）所示：

式（2）中，α0為稀疏不動產單元圖像匹配閾值，取值范圍為[1,10]。

稀疏匹配后的不動產單元圖像較為緊密，故以深度圖像閾值為基礎，對其進行膨脹處理，獲取新的S（p）估計值，表達式如式（3）所示：

式（3）中，S′（p）為S（p）的新估計值；d1（p）為不動產單元圖像I中貼片模型p的中心深度；d1（i，j）為圖像I和貼片模型p中（i，j）圖像塊的深度；ρ1為S（p）更新的輔助參數。

以式（3）結果為依據，估計T（p）數值，表達式如式（4）所示：

式（4）中，α1為T（p）數值估計的閾值，取值范圍為[2,7]。

按照估計的T（p）與S′（p）調整貼片模型p，以此獲得最佳圖像匹配與聚簇結果。將匹配與聚簇后的不動產單元圖像整合為集合A，并將圖像坐標系轉換為極坐標，方便后續邊界信息的找尋與提取。依據不動產單元表達模型構建需求，制定三維不動產單元邊界信息提取程序。

A.Count為集合A中的像素點數量；Pi為集合A的極值點，記為P1={Pw,Pn,Pg,Ps}，是不動產單元邊界信息的初始搜索基準點。通過不斷迭代反復，搜索完畢輸出的Bw,Bn,Bg,Bs為不動產單元的邊界點。

通過上述過程完成不動產單元邊界信息的提取，為后續三維不動產單元實體創建提供精確數據。

1.3 三維不動產單元實體創建

以上述提取的三維不動產單元邊界信息為依據，創建三維不動產單元實體，清晰顯示不動產單元信息，為最終不動產單元的表達做準備。

三維不動產單元實體創建流程（如圖2所示）：

圖2 三維不動產單元實體創建流程圖

由圖2可知：三維不動產單元實體創建特點如下：

（1）三維實體細節豐富、要素全面、定位精度高，滿足現今不動產單元1∶1000測圖需求；

（2）三維實體可多角度展示不動產單元的空間信息，構建真實的不動產單元三維布局；

（3）三維實體紋理特征較真實，構建周圍較短，效率較高。

1.4 三維不動產單元表達的實現

以創建的三維不動產單元實體為基礎，以空間“點”為基礎，以節點、弧段、面片為拓撲要素，構建三維不動產單元表達模型，具體（如圖3所示）：

圖3 三維不動產單元表達模型示意圖

由圖3可知：相對于其他表達模型，構建的三維不動產單元表達模型突出了權利空間的表達，并對不動產單元的權屬邊界進行清晰界定，為不動產單元的登記與管理提供有效支撐，也為傾斜攝影三維建模技術的應用提供了借鑒。

2.試驗與結果分析

2.1 試驗準備階段

為驗證構建模型的應用性能，選取基于全球剖分網格的不動產編碼研究作為對比模型，設計對比試驗。試驗準備階段是驗證構建模型性能的關鍵。此研究依據試驗需求，對傾斜攝影三維建模技術相關參數進行適當設置，具體如下：

在傾斜攝影三維建模技術應用過程中，參數之間差別較大，且不同參數對獲取圖像性能的影響程度不同。根據已有文獻研究成果可知，相機傾角與航高是影響圖像分辨率的主要參數，在試驗準備階段需對其最佳參數進行確定。相機傾角、航高與分辨率之間關系（如圖4所示）：

圖4 相機傾角、航高與分辨率關系示意圖

由圖4可知：隨著相機傾角、航高的增加，列向垂直分辨率呈逐漸下降趨勢，列向水平分辨率呈逐漸上漲趨勢。當相機傾角取值為41o，航高取值為180m時，獲取圖像的分辨率達到最佳，由此確定最佳相機傾角參數與航高參數，為后續試驗提供精確的數據支撐。

2.2 試驗結果分析

以試驗準備階段確定的最佳參數為依據，選取三維不動產單元實體建模誤差與三維信息表達完整率作為構建模型性能的評價指標。其中，三維不動產單元實體建模誤差計算式如式（5）所示：

式（5）中，m為三維不動產單元實體建模的總體誤差；mx與my分別為x軸、y軸方向的誤差；Δx與Δy分別為x軸、y軸方向的單位誤差。

通過試驗獲得三維不動產單元實體建模誤差數據（如表3所示）：

由表3可知：相較于對比模型，應用構建模型獲得的三維不動產單元實體建模誤差較小，表明構建模型建模精度更高。

表3 三維不動產單元實體建模誤差數據表單位：m

三維信息表達完整率也是反映構建模型應用性能的關鍵指標之一。常規情況下，三維信息表達完整率數值越大，說明表達模型越全面；反之，三維信息表達完整率數值越小，說明表達模型較片面。

通過試驗獲得三維信息表達完整率數據（如圖5所示）：

圖5 三維信息表達完整率數據圖

由圖5可知：相較于對比模型，應用構建模型獲得的三維信息表達完整率數值更大，表明構建模型表達更全面。

上述試驗結果表明：相較于對比模型，應用構建模型獲得的三維不動產單元實體建模誤差較小，三維信息表達完整率數值較大，充分證實了構建模型具有更好的不動產單元表達效果。

3.結束語

研究應用傾斜攝影技術獲取不動產單元圖像，以此為基礎創建三維不動產單元實體，構建新的不動產單元表達模型，極大減少了三維不動產單元實體建模誤差，提升了三維信息表達完整率，為不動產單元的登記與管理提供更便利的方式，也為不動產單元建模研究提供借鑒。