基于無人機攝影的城市不動產(chǎn)測繪技術(shù)研究

劉姣

摘要：為研究無人機傾斜攝影測量技術(shù)下的城市不動產(chǎn)測繪技術(shù)，文章對傾斜攝影測量技術(shù)相關(guān)理論和關(guān)鍵技術(shù)進行了介紹，并對城市不動產(chǎn)傾斜攝影測量影響因素進行了分析。以實際項目為例，對傾斜攝影在城市不動產(chǎn)測繪中的技術(shù)路線進行了說明，同時提出使用DP-Modeler軟件進行單體化建模。結(jié)果表明：城市不動產(chǎn)傾斜攝影測量主要受到航攝參數(shù)、地面遮擋以及景深與超焦距三方面的影響；利用該方法建立的三維模型，其平面精度與高程精度均達到Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)；DP-Modeler單體化建模有利于修復(fù)三維模型，實現(xiàn)模型整體裝飾。

關(guān)鍵詞：傾斜攝影測量技術(shù)；不動產(chǎn)；DP-Modeler軟件；單體化建模

中圖分類號：P231 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）10-0130-03

0 引言

隨著數(shù)字時代的到來，數(shù)字化城市的建設(shè)被提上日程。傳統(tǒng)的二維模型在空間信息以及數(shù)據(jù)分析方面存在明顯的劣勢，并不能滿足數(shù)字化城市的要求。而三維模型較二維模型相比具有直觀立體、真實性強、精細化程度高等優(yōu)勢，更符合人類的觀感習(xí)慣。其次，傳統(tǒng)的不動產(chǎn)測繪通常是利用GPS搭配全站儀獲取建筑物的地理信息坐標(biāo)，通過人工外業(yè)采集數(shù)據(jù)與內(nèi)業(yè)制圖相配合的方式，完成不動產(chǎn)測量工作。但該方法存在成本高、效率低、精度低、環(huán)境影響較大等缺點，不能滿足測量工作的精度要求。隨著傾斜攝影技術(shù)的發(fā)展，利用傾斜攝影技術(shù)可構(gòu)建精細化的三維模型，滿足城市不動產(chǎn)測量的精度要求。因此，研究如何采用無人機傾斜攝影完成城市不動產(chǎn)的測繪工作迫在眉睫。

近年來，國內(nèi)外研究學(xué)者將無人機傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用到電力工程、災(zāi)害預(yù)警、城市建設(shè)和軍事防控等領(lǐng)域。尹林江[1]等基于無人機傾斜攝影技術(shù)構(gòu)建磷石膏渣場的三維模型，通過三維模型對渣場存量進行實時監(jiān)測，提高渣場信息化管理水平的同時降低了應(yīng)用成本。高釗[2]等以新疆某地權(quán)籍調(diào)查項目為例，利用無人機傾斜攝影技術(shù)構(gòu)建三維實景模型，解決傳統(tǒng)權(quán)籍調(diào)查測量成本高、周期長、入戶難等問題。吳明堂[3]等基于傾斜攝影技術(shù)與短基線集干涉測量技術(shù)（SBAS-InSAR）相結(jié)合的方法，識別白鶴灘水電站庫周圍區(qū)域滑坡隱患點，同時通過構(gòu)建的精細化三維模型識別滑坡體。周云[4]等將無人機傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用于橋梁建模，提出一種橋梁有限元逆向建模技術(shù)，通過無人機攝影建立的有限元模型具有精度高、可靠性較好等特點。李峰[5]等以北京市政路橋建材集團集料區(qū)為例，基于無人機傾斜攝影技術(shù)與運動恢復(fù)結(jié)構(gòu)算法，建立三維模型，結(jié)果表明：該方法可以快速獲取影像，計算效率高、精度高。何永鐘[6]利用無人機傾斜攝影技術(shù)構(gòu)建露天礦區(qū)三維模型，同時對三維模型精度（平面、高程）進行評價。崔詔[7]等以西藏某房地一體項目為例，利用無人機傾斜攝影技術(shù)構(gòu)建房地一體項目三維模型。

然而，上述學(xué)者對無人機傾斜攝影技術(shù)下三維模型構(gòu)建的研究還不夠充分。目前大多數(shù)研究學(xué)者研究集中于對三維模型的優(yōu)化方面，較少涉及城市不動產(chǎn)以及單體化建模的研究。因此，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，進一步對無人機傾斜攝影下城市不動產(chǎn)測繪技術(shù)進行研究，提出使用DP-Modeler軟件進行單體化建模。該研究為今后城市不動產(chǎn)測繪技術(shù)的發(fā)展提供基礎(chǔ)支撐。

1 無人機傾斜攝影測量技術(shù)

1.1 基本原理

無人機傾斜攝影技術(shù)是基于傳統(tǒng)攝影測量技術(shù)的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展的產(chǎn)物。它指的是在無人機上搭載多個航攝儀，由飛控控制所有相機同時拍照，獲取多方位影像數(shù)據(jù)，同時記錄相機曝光時的位置和姿態(tài) [8-10]。這一技術(shù)解決了傳統(tǒng)攝影測量技術(shù)中地面正射影像獲取困難的問題。傾斜攝影測量技術(shù)利用無人機作為攝影平臺，通過搭配傳感器與攝影鏡頭，獲取多層次、多維度的地物信息。相對于傳統(tǒng)垂直攝影測量，傾斜攝影搭載的相機更多，攝影時不僅可以獲取建構(gòu)筑物的頂部紋理數(shù)據(jù)，還可以獲取建構(gòu)筑物的側(cè)面紋理數(shù)據(jù)，從而獲得更多可用數(shù)據(jù)。后期數(shù)據(jù)解算得到的成果精度更高、用途更廣。

1.2 傾斜攝影測量關(guān)鍵技術(shù)

傾斜攝影測量的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：無人機航線規(guī)劃（飛行高度、重疊度、航線規(guī)劃的類型）、像控點的布設(shè)、多視影像預(yù)處理、聯(lián)合平差與密集匹配、紋理映射、點云構(gòu)網(wǎng)。

1.2.1 無人機航線規(guī)劃

在無人機傾斜攝影技術(shù)中，規(guī)劃的航線需要符合國家航空攝影測量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。根據(jù)地面實際分辨率的要求和重疊度的設(shè)計，可以對飛行高度、飛行速度等參數(shù)進行計算。

1.2.2 像控點布設(shè)

像控點是控制加密以及測圖的基礎(chǔ)，像控點可以校正三維模型的真實坐標(biāo)。像控點的數(shù)量和布設(shè)位置影響著三維模型的整體精度。因此，在布設(shè)像控點時應(yīng)當(dāng)注意將其布置在無遮擋處，以確保其清晰可辨。目前像控點的布設(shè)方式包括地面布控、頂層布控以及地面-頂層聯(lián)合布控。

1） 地面布控。地面布控應(yīng)當(dāng)選擇環(huán)境開闊以及無遮擋的區(qū)域，按照邊緣加中心的布設(shè)原則對實驗區(qū)域進行像控布設(shè)。對于傾斜攝影來說，由于重疊度高，無須考慮航線，只需要按照距離進行像控點布設(shè)，并在邊緣以及拐角處加密布設(shè)像控點，以保證邊緣精度符合要求。

2） 頂層布控。頂層布設(shè)應(yīng)當(dāng)在區(qū)域邊緣以及中心位置選取合適的建筑物，在其樓頂開闊且無遮擋的區(qū)域布設(shè)像控點。這種布點方式多用于城區(qū)，因為在城區(qū)進行傾斜攝影時，地面上的像控點易被遮擋，影響刺點。布設(shè)于建構(gòu)筑物頂部，遮擋較少、清晰度高、刺點更準(zhǔn)確、成果精度更高。

3） 地面-頂層聯(lián)合布控。選擇環(huán)境開闊以及無遮擋的地面區(qū)域，按照邊緣加中心的布設(shè)原則對實驗區(qū)域進行像控布設(shè)，同時選擇合適的建筑物，在其樓頂開闊且無遮擋的區(qū)域布設(shè)像控點，實現(xiàn)不同高層的聯(lián)合布控。這種布設(shè)方式獲取的測繪成果精度更高，可用于高精度的測繪產(chǎn)品生產(chǎn)。

1.2.3 多視影像畸變處理

在傾斜攝影測量過程中，傳感器可能存在內(nèi)外部變形，導(dǎo)致數(shù)據(jù)產(chǎn)生幾何變形。多視影像預(yù)處理是指對產(chǎn)生幾何變形的影像數(shù)據(jù)進行預(yù)先糾正。這種糾正方式一般有兩種：一是采用高精度相機參數(shù)對原始畸變進行糾正，即數(shù)據(jù)解算前糾正；另一種是在數(shù)據(jù)解算時，利用像控點數(shù)據(jù)對“空三”加密成果進行優(yōu)化，從而得到準(zhǔn)確的相機參數(shù)，完成影像的畸變糾正。

1.2.4“ 空三”加密

空中三角測量的精度對傾斜攝影測量成果質(zhì)量有很大的影響，因此在測量過程中應(yīng)當(dāng)重視空中三角測量，圖1為“空三”加密的流程。

1.2.5 多視影像密集匹配

多視影像密集匹配是傾斜攝影測量技術(shù)的重點與難點。利用影像密集匹配技術(shù)，基于“空三”加密成果得到的少量加密點坐標(biāo)，可以匹配得到密度更高、精度更高的三維離散點數(shù)據(jù)，并基于影像之間的關(guān)系，篩選出精度更高的數(shù)據(jù)，同時剔除因分辨率不同、比例尺不同等因素匹配得到的誤差大的加密點數(shù)據(jù)，進而得到地物的三維數(shù)據(jù)信息，使三維模型的精度得以保證。

1.2.6 點云構(gòu)網(wǎng)

利用密集點云構(gòu)建三角網(wǎng)，三角網(wǎng)的密集程度與點云數(shù)量成正比。隨著傾斜攝影數(shù)據(jù)量的增多，匹配得到的密集點云數(shù)量更多，構(gòu)建的三角網(wǎng)也會變得更加密集。

1.2.7 紋理映射

三維模型的好壞程度可以通過建筑物紋理信息進行評價，紋理映射可使三維網(wǎng)格更易被識別。

2 城市不動產(chǎn)傾斜攝影測量影響因素分析

2.1 航攝參數(shù)

無人機傾斜攝影測量技術(shù)利用多個具有一定傾角的攝像頭對地面目標(biāo)全覆蓋拍攝。影響城市不動產(chǎn)傾斜攝影測量的主要航攝參數(shù)有分辨率、覆蓋范圍、重疊度以及姿態(tài)角。圖2為影響攝影測量的具體航攝參數(shù)。

2.2 地面遮擋

地面遮擋會導(dǎo)致被遮擋區(qū)域測量信息丟失，圖像特征點難以提取，形成模型空缺，最終得到殘缺比較嚴(yán)重的模型成果。因此須構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)學(xué)分析模型，本文簡單利用外接圓原理提出遮擋面積的計算公式。

2.3 景深與超焦距

景深與物距及光圈號數(shù)呈正相關(guān)的變化趨勢，景深與焦距呈負相關(guān)的變化趨勢。超焦距距離與光圈號數(shù)、彌散圓、焦距的選擇有關(guān)，在實際計算過程中彌散圓為常數(shù)，因此焦距和光圈的選擇尤為關(guān)鍵。

2.4 姿態(tài)角

姿態(tài)角不同也會對拍攝產(chǎn)生一定影響，其中姿態(tài)角包括俯仰角、側(cè)滾角以及旋偏角。

3 傾斜攝影技術(shù)在城市不動產(chǎn)測量中的應(yīng)用

3.1 試驗區(qū)

本次試驗區(qū)選擇某城鎮(zhèn)地區(qū)。該地區(qū)面積較大、地勢平坦、視野開闊、交通便利、地物種類豐富且有較高的識別度。該區(qū)域內(nèi)無超高層建筑。

3.2 技術(shù)方法

利用無人機作為飛行平臺，對數(shù)據(jù)進行采集并對采集的數(shù)據(jù)進行質(zhì)量檢查，除去質(zhì)量不符合要求的數(shù)據(jù)后，利用Context Capture Center軟件對影像數(shù)據(jù)進行處理，構(gòu)建三維實景模型，圖3為技術(shù)路線圖。

3.3 三維模型構(gòu)建

利用Context Capture Center 軟件，按照上述流程對影像數(shù)據(jù)進行處理。首先創(chuàng)建項目，在軟件空區(qū)塊block_1d的影像模塊中導(dǎo)入影像數(shù)據(jù)和POS數(shù)據(jù)，填寫相機焦距，隨后檢查影像文件并進行空三加密。檢查影像加密點的誤差。在經(jīng)歷反復(fù)的空三迭代平差運算后，就可以構(gòu)建三維模型。

3.4 精度分析

根據(jù)相關(guān)規(guī)范對三維模型精度進行分析，通過分析三維模型的平面精度與高程精度，對三維模型的精度進行評級，表1為12個檢查點的平面誤差與高程誤差。

以算數(shù)平均值代替中誤差，通過誤差分析可知，本模型在X方向中誤差為0.028 m，Y方向中誤差為0.019 m。三維模型的平面精度為0.036 m、高程精度為0.050 m，比例尺為1∶500，依據(jù)《三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)可知，本次三維模型平面精度與高程精度均達到Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)。

4 三維模型單體化

三維模型單體化是指模型中對象是獨立存在的，可以被單獨分離的實體。單體化處理有利于后期模型的優(yōu)化，本次單體化建模基于DP-Modeler 軟件進行。

4.1 單體化建模流程

單體化流程主要包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、導(dǎo)入數(shù)據(jù)以及單體化操作。在進行單體化操作時，要確立“基準(zhǔn)面”，基于空三加密成果或?qū)嵕叭S模型成果，將建構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)采集出來，并通過實景三維模型或空三紋理，對單體成果進行紋理映射。對于映射效果不理想的區(qū)域，可聯(lián)動Photoshop軟件，對紋理進行修飾，然后重新映射，從而得到單體化模型成果。最后，在保證三維模型真實性的前提下，要實現(xiàn)單體化建筑與場景的相互融合。

4.2 DP-Modeler 單體化優(yōu)勢

模型單體化離不開DP-Modeler軟件。其具有三維模型修飾模塊，可實現(xiàn)模型的整體修飾。同時DPModeler軟件可以與Max交叉融合，使整體三維模型更美觀真實。其次，在單體化建模中可以利用DPModeler軟件中的修復(fù)功能對場景進行還原，圖4為水域優(yōu)化對比圖。

5 結(jié)束語

本文對無人機傾斜攝影測量技術(shù)進行介紹，并對城市不動產(chǎn)傾斜攝影測量影響因素進行分析。提出使用DP-Modeler軟件進行單體化建模操作。利用該方法構(gòu)建的三維模型平面精度與高程精度均達到Ⅰ 級標(biāo)準(zhǔn)。同時發(fā)現(xiàn)利用Mesh模型局部分離后再利用DP-Modeler自帶的修飾工具優(yōu)化模型，可以得到更為精細的三維模型。然而，本文研究對象僅為城鎮(zhèn)地勢較為平坦的地區(qū)。本次試驗精度能否適用于地形地貌較為復(fù)雜的山區(qū)，值得驗證。

參考文獻：

[1] 尹林江，李威，李江，等.三維傾斜攝影技術(shù)在磷石膏渣場生產(chǎn)及運營管理中的應(yīng)用[J].中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2022（5）：70-74.

[2] 高釗，張德成，閆琳琳，等.無人機傾斜攝影技術(shù)在新疆權(quán)籍調(diào)查中的應(yīng)用[J].地理信息世界，2022，29（6）：104-107，113.

[3] 吳明堂，姚富潭，楊建元，等.基于傾斜攝影測量與InSAR技術(shù)的庫區(qū)滑坡識別[J].人民長江，2023，54（3）：130-137.

[4] 周云，劉鵬，郝官旺，等.基于無人機傾斜攝影技術(shù)的橋梁有限元逆向建模方法研究[J].湖南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2023，50（9）：13-23.

[5] 李峰，魏文雪，孫軒，等.基于無人機技術(shù)的瀝青廠集料堆體積測算方法[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2022，48（6）：1-10.

[6] 何永鐘.傾斜攝影技術(shù)在露天礦區(qū)三維重建中的應(yīng)用[J].測繪與空間地理信息，2022，45（11）：204-207.

[7] 崔詔，莫玉兵，楊楓，等.消費級無人機傾斜攝影技術(shù)在西藏地區(qū)房地一體項目中的應(yīng)用[J].測繪與空間地理信息，2022，45（S1）：279-281.

[8] 魏軍，于洪雨，靳巧珠，等.無人機傾斜攝影技術(shù)在農(nóng)村房地一體確權(quán)登記項目中的應(yīng)用研究[J].測繪與空間地理信息，2023，46（2）：60-63.

[9] 萬敏.基于無人機傾斜攝影測量的房地一體調(diào)查及精度分析[J].測繪與空間地理信息，2023，46（11）：212-215，221.

[10] 鄒馨，劉健，陳曉勇.無人機傾斜攝影在不動產(chǎn)測量的應(yīng)用[J].北京測繪，2022，36（10）：1396-1401.

【通聯(lián)編輯：梁書】