傾斜攝影三維建模技術(shù)在不動(dòng)產(chǎn)登記中的應(yīng)用研究

康雙雙 彭茜

摘要：近年來，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，促進(jìn)我國科技水平的提升。隨著三維實(shí)景重建技術(shù)的快速發(fā)展，傾斜攝影在國內(nèi)正發(fā)展得如火如荼，其低成本、高效率的優(yōu)點(diǎn)為測(cè)繪行業(yè)的整體發(fā)展帶來了春天。傾斜攝影測(cè)量是近年來發(fā)展十分迅速的一項(xiàng)高新測(cè)繪技術(shù)，能夠以大范圍、高精度、高清晰的方式全面感知復(fù)雜場(chǎng)景，獲取高分辨率的數(shù)字地面模型、逼真的真正射影像和精細(xì)的真三維城市模型等測(cè)量產(chǎn)品，其中，精細(xì)化的三維模型作為城市地理空間框架的重要新型數(shù)據(jù)，為城市規(guī)劃、建設(shè)、管理和信息化提供三維空間環(huán)境，更能反映真實(shí)的現(xiàn)實(shí)世界，目前已在許多行業(yè)得到應(yīng)用。將該模型應(yīng)用于不動(dòng)產(chǎn)統(tǒng)一登記，對(duì)于實(shí)施三維不動(dòng)產(chǎn)登記管理，提高不動(dòng)產(chǎn)空間管理的能力具有重要意義。本文就傾斜攝影三維建模技術(shù)在不動(dòng)產(chǎn)登記中的應(yīng)用展開探討。

關(guān)鍵詞：傾斜攝影測(cè)量;三維建模;不動(dòng)產(chǎn)登記

引言

三維數(shù)字模型作為三維地理信息平臺(tái)建設(shè)的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其需求隨著三維地理信息平臺(tái)建設(shè)的迅速發(fā)展而日益増長(zhǎng)，并提出了更高的要求，即更快的三維建模效率、更高的模型精度以及更具真實(shí)感的模型。

1 傾斜攝影建模關(guān)鍵技術(shù)

1.1航攝平臺(tái)選型與航線設(shè)計(jì)

目前，航攝飛行平臺(tái)包括旋翼無人機(jī)、固定翼無人機(jī)、動(dòng)力三角翼、直升機(jī)、運(yùn)5、運(yùn)12等多種平臺(tái)，分別適用于低空、中空、高空等不同作業(yè)，考慮到飛行器的飛行效率，要面向大規(guī)模傾斜實(shí)景三維建模，飛行平臺(tái)適宜采用高空的運(yùn)5、運(yùn)12或直升機(jī)作為航攝平臺(tái)。針對(duì)同一款傾斜相機(jī)，飛行高度越高，影像分辨率越低，要達(dá)到實(shí)景三維數(shù)據(jù)高精度的目標(biāo)，滿足用戶對(duì)三維成果的真實(shí)效果的需求，選擇合適的傾斜相機(jī)至關(guān)重要。當(dāng)前國內(nèi)外最先進(jìn)的高精度傾斜航攝儀系統(tǒng)包括上海航遙公司的AMC5100、四維遠(yuǎn)見公司SWDC-5AP100、徠卡RCD30Oblique等，其中AMC5100、SWDC-5AP100單鏡頭1億像素，5鏡頭總像素高達(dá)5億像素，是目前市場(chǎng)上像幅最大的多視角航空照相機(jī)系統(tǒng)。影像分辨率和影像重疊度是決定實(shí)景三維模型效果和精度的關(guān)鍵因素。用于傾斜攝影三維建模的航線敷設(shè)，影像重疊度一般要求航向、旁向重疊度最低不小于70%。為保證實(shí)景模型效果，減少建筑物間遮擋，在城市一般建筑區(qū)域，航向重疊度為80%，旁向重疊度為70%。在高大建筑物密集的區(qū)域還需考慮建筑物頂層的實(shí)際重疊度，在航線敷設(shè)時(shí)適當(dāng)加大重疊。

1.2基于傾斜攝影測(cè)量的三維建模

傾斜攝影測(cè)量三維建模技術(shù)主要是基于機(jī)載多角度傾斜攝影和激光雷達(dá)掃描技術(shù)的真三維數(shù)據(jù)快速構(gòu)建技術(shù)。激光雷達(dá)技術(shù)是利用飛行器作為載體，通過激光發(fā)射器向地面發(fā)射高頻度激光，對(duì)地面進(jìn)行掃描，通過反射時(shí)間獲取地表高精度、高密度激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)技術(shù)，能精確、高效獲得完整的地表形狀信息。傾斜攝影技術(shù)通過在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)傳感器，同時(shí)，從1個(gè)垂直、4個(gè)傾斜共5個(gè)不同的角度拍攝照片，作為真三維數(shù)據(jù)的紋理圖像。對(duì)多角度傾斜影像數(shù)據(jù)、機(jī)載激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行解算合成處理，可高度自動(dòng)化地生成真三維數(shù)據(jù)，在保證精度和可靠性的前提下，后處理效率極高，是傳統(tǒng)虛擬建模技術(shù)的數(shù)十倍，極大地提升了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取效率。在激光雷達(dá)定位和點(diǎn)云數(shù)據(jù)的支撐下，基于傾斜攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行三維建模，是近年來發(fā)展起來的一種新型三維建模方式，能夠更直觀真實(shí)的反映現(xiàn)實(shí)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(xì)節(jié)更豐富，要素更全面，真實(shí)感更強(qiáng)，生產(chǎn)速度更快。以該數(shù)據(jù)作為統(tǒng)一的地理空間環(huán)境載體，打通各行業(yè)信息平臺(tái)接口，整合不同部門的信息，和傳統(tǒng)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(yōu)勢(shì)。其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：（1）傾斜攝影測(cè)量三維模型完整地提供與真實(shí)世界高度一致、所見即所得的真三維場(chǎng)景，保證了每個(gè)地物都能找到對(duì)應(yīng)的真三維空間位置;（2）傾斜攝影測(cè)量三維模型采用高精度的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)作為三維實(shí)體模型的基礎(chǔ)，保證了數(shù)據(jù)精度和可靠性。真三維數(shù)據(jù)中所有位置的平面、高程精度均能滿足1∶1000甚至1∶5000比例尺地形圖測(cè)繪規(guī)范的要求;（3）傾斜攝影測(cè)量三維模型的核心技術(shù)之一是自動(dòng)化建模技術(shù)，自動(dòng)化程度是傳統(tǒng)虛擬建模生產(chǎn)效率的數(shù)十倍。

1.3模型優(yōu)化

由于航攝盲區(qū)、地物反光、不同航攝時(shí)間、影像重疊度、影像分辨率以及POS質(zhì)量等問題，在空三階段會(huì)出現(xiàn)匹配錯(cuò)誤以及點(diǎn)位不足等情況，導(dǎo)致實(shí)景三維模型出現(xiàn)無三角網(wǎng)的空洞區(qū)域、模型懸浮、紋理變形、紋理陰影等情況，這是基于傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行實(shí)景三維建模不可避免的。針對(duì)其中的水面空洞、建筑物玻璃幕墻漏洞等結(jié)構(gòu)問題，可通過人工交互辦法對(duì)模型成果進(jìn)行修飾修補(bǔ)，優(yōu)化效果。一般需要將待修補(bǔ)的模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入第三方軟件進(jìn)行編輯，修補(bǔ)后再對(duì)模型進(jìn)行重建，以提升模型的質(zhì)量和效果。

2 無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)

（1）動(dòng)態(tài)GNSS系統(tǒng)。GNSS系統(tǒng)是一種高精度的定位系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)GNSS系統(tǒng)一般由地面與天空兩部分構(gòu)成。天空部分通常會(huì)布設(shè)多個(gè)GNSS接收機(jī)在飛機(jī)上實(shí)現(xiàn)聯(lián)合定位，主要是為了避免單個(gè)GNSS接收機(jī)裝置故障或者是衛(wèi)星信號(hào)失鎖。并且由于無人機(jī)上布設(shè)的GNSS接收機(jī)在接收衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)還需要接收來自地面接收機(jī)的改正數(shù)，所以地面上還需要架設(shè)一定密度的基準(zhǔn)站。（2）傾斜攝影系統(tǒng)。傾斜攝影系統(tǒng)的關(guān)鍵在于相機(jī)的鏡頭。與傳統(tǒng)航空攝影不同的是，傾斜攝影采用了多鏡頭相機(jī)，除了可以從垂直角度對(duì)地拍攝，還可以從不同的側(cè)面角度對(duì)地拍攝，從而精確的獲取地物的紋理及輪廓信息。目前，常用的傾斜攝影系統(tǒng)有三線陣相機(jī)系統(tǒng)、三相機(jī)系統(tǒng)以及五相機(jī)系統(tǒng)。（）3）慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。INS系統(tǒng)是一種由慣性測(cè)量單元（IMU，InertialMeasurementUnit）與導(dǎo)航電腦組成的導(dǎo)航系統(tǒng)。它是基于慣性力學(xué)原理，通過運(yùn)用高精度的陀螺儀與加速度計(jì)等慣性器件獲得運(yùn)動(dòng)載體在慣性坐標(biāo)系下的加速度，將其對(duì)時(shí)間積分，并導(dǎo)入到慣性導(dǎo)航坐標(biāo)系中，再通過計(jì)算機(jī)解算出航攝相機(jī)在曝光瞬間時(shí)的姿態(tài)（三個(gè)角元素φ、ω、κ）信息。由于INS系統(tǒng)存在一定的系統(tǒng)誤差，所以需要根據(jù)GNSS系統(tǒng)提供的精確地瞬時(shí)位置信息對(duì)系統(tǒng)誤差進(jìn)行消除。因此，在傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)中加入GNSS與INS系統(tǒng)可以得到高精度的航拍瞬間影像位置信息與姿態(tài)信息。

3 三維模型在不動(dòng)產(chǎn)登記中的應(yīng)用

把傾斜攝影測(cè)量獲取的高清影像和三維模型應(yīng)用于不動(dòng)產(chǎn)統(tǒng)一登記平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜不動(dòng)產(chǎn)信息在三維空間環(huán)境下的真實(shí)、準(zhǔn)確呈現(xiàn)。依托三維模型動(dòng)態(tài)單體化技術(shù)，利用樓房分層分戶數(shù)據(jù)，對(duì)三維模型進(jìn)行處理，獲取分層分戶的樓房模型，按分層或分戶方式，對(duì)模型屬性掛接相應(yīng)的不動(dòng)產(chǎn)登記信息，并關(guān)聯(lián)相關(guān)的地籍圖、戶型圖等數(shù)據(jù)資料，形成完整的不動(dòng)產(chǎn)登記信息數(shù)據(jù)。不動(dòng)產(chǎn)信息登記完成后，依托統(tǒng)一的二、三維一體化空間支撐環(huán)境，可在三維環(huán)境下進(jìn)行圖查屬性、屬性查圖、緩存區(qū)分析與查詢、專題圖制作等（圖4），在二維環(huán)境下也可實(shí)現(xiàn)同樣的功能。不動(dòng)產(chǎn)登記管理部門可以多維度在線查看三維數(shù)據(jù)，四至更清晰，產(chǎn)權(quán)更明確，避免了不動(dòng)產(chǎn)糾紛，保護(hù)了權(quán)利人的合法權(quán)益，克服了“外業(yè)調(diào)查指認(rèn)落宗耗時(shí)耗力、房屋落宗編號(hào)耗時(shí)長(zhǎng)、即時(shí)業(yè)務(wù)辦理不及時(shí)”等問題，提高了不動(dòng)產(chǎn)統(tǒng)一登記管理的質(zhì)量和效率。同時(shí)，不動(dòng)產(chǎn)權(quán)利人也可以查詢自己住宅小區(qū)的地理區(qū)位和房屋坐向、采光等情況，便于事先了解房產(chǎn)信息。

結(jié)語

隨著無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，傾斜攝影技術(shù)通過模型重建、三維模型制作逐漸融入測(cè)繪領(lǐng)域，并已經(jīng)成為三維模型生產(chǎn)的一種常規(guī)手段。將三維模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)單體化，獲取分層分戶模型數(shù)據(jù)應(yīng)用于不動(dòng)產(chǎn)統(tǒng)一登記平臺(tái)，從數(shù)據(jù)角度實(shí)現(xiàn)平臺(tái)層面的統(tǒng)一，從技術(shù)層面為不動(dòng)產(chǎn)全方位管理提供了可行的解決方案。當(dāng)然，現(xiàn)階段三維不動(dòng)產(chǎn)仍有許多關(guān)鍵技術(shù)需要突破、探索和研究，相關(guān)支撐技術(shù)的發(fā)展對(duì)于加快土地立體空間綜合利用將起到重要的助推作用。

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（作者單位：長(zhǎng)江三峽勘測(cè)研究院有限公司（武漢））