傾斜攝影測量技術(shù)在不動產(chǎn)測繪中的應(yīng)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(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院，云南 昆明 650500； 2.云南海鉅地理信息技術(shù)有限公司，云南 昆明 650000；3.云南省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明 650021)

1 引 言

不動產(chǎn)登記中需要全面調(diào)查每一宗地上的房屋產(chǎn)權(quán)狀況、位置、界址、面積、用途等基本信息[1]。傳統(tǒng)的不動產(chǎn)測繪，外業(yè)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(shù)是最近興起的一種技術(shù)方法[2～4]。利用無人機(jī)技術(shù)獲取數(shù)據(jù)，操作便利、高效，大大降低作業(yè)風(fēng)險和成本，無人機(jī)影像可以進(jìn)行幾何重建，獲得數(shù)字表面模型和點(diǎn)云數(shù)據(jù)[5，6]。獲取的信息可以廣泛應(yīng)用在考古學(xué)、植被監(jiān)測、交通監(jiān)控、災(zāi)害管理等[7～11]。

國內(nèi)外學(xué)者針對傾斜攝影測量的應(yīng)用進(jìn)行了研究。譚仁春等人將傾斜攝影測量技術(shù)和MAX技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)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(shù)實(shí)現(xiàn)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(shù)在三維地籍測量與調(diào)查中的應(yīng)用[14]。本文利用Smart3D軟件進(jìn)行三維模型構(gòu)建，以云南師范大學(xué)校園和某工程項(xiàng)目為例構(gòu)建模型，在三維模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行房產(chǎn)數(shù)據(jù)采集。

2 傾斜攝影測量的三維模型構(gòu)建技術(shù)

傾斜攝影測量是新興的低空航空攝影測量技術(shù)，可以全方位地拍攝地表真實(shí)情況，獲取多角度的影像數(shù)據(jù)[15，16]。獲取的影像數(shù)據(jù)可以進(jìn)行三維模型構(gòu)建，很直觀地表現(xiàn)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(jī)傾斜攝影三維建模主要涉及3個關(guān)鍵內(nèi)容：①影像預(yù)處理；②自動空三：依據(jù)測區(qū)內(nèi)均勻分布的地面控制點(diǎn)，利用立體測圖技術(shù)，解算匹配加密點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程；③密集匹配：將多張影像上的同一特征點(diǎn)進(jìn)行匹配，計(jì)算影像之間的空間變換模型。圖2為無人機(jī)傾斜攝影測量三維建模流程圖。

圖2 三維建模流程圖

3 應(yīng)用案例

3.1 無人機(jī)數(shù)據(jù)獲取

本文采用六旋翼無人機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，如圖3所示。采用GPS/GLONASS雙模，像素 1 240萬，像素參數(shù)如表1所示。

圖3 六旋翼五鏡頭無人機(jī)

無人機(jī)相機(jī)參數(shù) 表1

注：畸變參數(shù)單位為mm，坐標(biāo)原點(diǎn)在影像中心，x軸向右，y軸向上。

本次實(shí)驗(yàn)的主要思路設(shè)計(jì)如下：

(1)利用無人機(jī)獲取原始影像數(shù)據(jù)，外業(yè)采集數(shù)據(jù)光線要均勻；

(2)檢查影像是否滿足建模的質(zhì)量需求，剔除質(zhì)量較差的影像，對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；

(3)構(gòu)建三維模型；

(4)利用構(gòu)建的三維模型進(jìn)行房產(chǎn)信息采集。

利用無人機(jī)獲取影像，無人機(jī)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(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查，配準(zhǔn)對齊，選取其中一組照片(如圖5所示)。

圖4 無人機(jī)飛行航帶

圖5 傾斜攝影測量影像

3.2 無人機(jī)影像數(shù)據(jù)處理

無人機(jī)影像數(shù)據(jù)處理之前先要進(jìn)行影像的勻光、鏡頭畸變處理。經(jīng)過預(yù)處理之后，利用Smart3D軟件對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行三維模型構(gòu)建，構(gòu)建的三維模型如圖6、圖7所示：

圖6 云南師范大學(xué)東區(qū)三維模型

圖7 云南師范大學(xué)睿智5號樓

從以上三維模型可以看出，構(gòu)建的三維模型形象逼真，細(xì)節(jié)呈現(xiàn)較為豐富，在構(gòu)建的三維模型中選取云南師范大學(xué)睿智5號樓作為案例研究對象，將三維模型導(dǎo)入到清華三維軟件里面進(jìn)行房產(chǎn)數(shù)據(jù)采集，如圖8所示。

圖8 房產(chǎn)數(shù)據(jù)采集示意圖

利用傾斜攝影測量模型采集了房屋的邊長數(shù)據(jù)，如圖9所示，在房產(chǎn)圖里面總計(jì)有21個界址點(diǎn)，21條邊長。利用全站儀對房屋進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集的房屋邊長如圖10所示。利用實(shí)測的邊長數(shù)據(jù)進(jìn)行精度驗(yàn)證，驗(yàn)證的結(jié)果如表2所示。

圖10 實(shí)測房產(chǎn)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(diǎn)有屋檐存在，模型捕捉不準(zhǔn)確，利用誤差公式(1)計(jì)算中誤差。

(1)

航測法的界址點(diǎn)的精度要求 表3

根據(jù)表3的精度要求，1∶500比例尺中，平地、丘陵相鄰界址點(diǎn)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(chǎn)測繪。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證無人機(jī)傾斜攝影測量能否在不動產(chǎn)測繪上的應(yīng)用，對某項(xiàng)目進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集，同時結(jié)合三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證，圖11為無人機(jī)作業(yè)區(qū)域，圖12是構(gòu)建的三維模型，利用獲取的三維模型構(gòu)建矢量圖，同時對獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量描述，將兩個矢量圖進(jìn)行疊加，紅線區(qū)域吻合較好，白線區(qū)域有錯位，利用16個驗(yàn)證點(diǎn)進(jìn)行精度分析，如表4所示，從表中可知，X和Y坐標(biāo)的中誤差可以滿足 1∶500數(shù)字測圖需要。

圖11 無人機(jī)測區(qū)

圖12 傾斜攝影測量三維模型 圖13 地籍測量矢量圖

4 結(jié) 論

利用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)進(jìn)行三維模型構(gòu)建，可以對房屋進(jìn)行多角度、全方位立體測量，傳統(tǒng)的不動產(chǎn)測繪不具備該功能，三維模型的直觀性使外業(yè)的量測工作可以在室內(nèi)的計(jì)算機(jī)上完成，提高了工作效率，縮短項(xiàng)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(qiáng)，對于隱蔽地區(qū)也能很好地反映出來。

房屋密集地區(qū)及個別遮擋嚴(yán)重的建筑物，傾斜攝影測量構(gòu)建的模型拉花現(xiàn)象較為嚴(yán)重，結(jié)合全站儀測量可以解決該問題。