基于倾斜实景模型的空间三维不动产测量方法研究

刘 辉

（塔城地区国土资源规划研究院，新疆 塔城 834700）

0.引言

不动产是我国资产的另一种表现形式，主要是指土地、建筑物及其他土地定着物。每一个用户所拥有的不动产都需要到自然资源局进行登记，以便国家更好地进行地籍管理。不动产登记中最重要的任务之一就是不动产测量。以往的不动产测量主要通过工作人员手动进行的，需要长期在外作业，不仅作业量大、效率还低，另外，还易受到外界环境的影响，得到的测量结果多以二维平面的形式展现，无法直观，全面、精准地显示不动产准确信息。面对上述情况，如何提高不动产测量工作质量成为不动产登记部门一直致力研究的问题。

针对上述问题的研究，随着科学技术的发展，很多新兴技术用于不动产测量当中，进行辅助工作。常用的技术主要有三种：即三维激光扫描技术、遥感卫星技术、航空摄影技术。这些技术虽然能够保证图像信息的准确性，但是由于都是从单一的角度采集的图像，因此，在后期建立不动产三维空间与人眼视觉的真实直观世界存在一定的差距。

针对上述研究，本次研究将倾斜摄影技术应用到不动产测量工作当中。倾斜摄影技术与一般图像采集技术相比，优势在于是从多个角度获取不动产影像，故采集到图像信息更为全面，因此，在后期构建的不动产三维模型更为直观、立体。本研究主要分为三部分：第一部分利用倾斜摄影技术采集不动产图像并预处理；第二部分建立不动产空间三维图像；第三部分绘制不动产地籍图，在三维不动产模型上标注土地权属界线、面积和土地功能等要素，实现空间三维不动产测量研究。通过本研究以期提高不动产登记工作质量，提高作业效率，为相关领域提供一定的帮助。

1.基于倾斜摄影技术的不动产测量研究

不动产登记关系到千家万户的土地使用权利的行使以及国家对土地的管理和规划。在不动产登记中，不动产测量是一项最重要的任务，主要工作是采集不动产图像，然后，在其上标注一些地籍信息，让人能直观看到不动产信息。以往不动产测量多是在二维平面上标注信息，非专业人员很难理解，因此，为提高不动产信息直观性，本研究利用倾斜摄影技术建立三维实景模型，完成测量工作。

1.1 基于倾斜摄影技术的不动产图像采集与处理

不动产图像采集的测量工作的首要环节，采集到的图像质量关系到测量数据的准确性。以往常用的不动产图像采集方法主要有三种：即三维激光扫描技术、遥感卫星技术、航空摄影技术，这些技术各有优缺点，不能满足不动产详细测量的需要。几种采集技术的对比（如表1所示）：

表1 图像采集技术对比

从表1可知：方法各有优缺点。基于此，本研究利用新兴的倾斜摄影技术作为采集技术，应用到不动产图像采集工作当中。倾斜摄影技术弥补了上述三种采集技术的缺点，同时由于搭载的采集设备为五镜头相机，采集到的图像信息更加全面，不仅包含了垂直方面上的图像，还包含了倾斜方向上的图像，能够从多个视角观察不同表面的信息，全方位获取目标不动产轮廓、纹理等信息。

在利用倾斜摄影技术采集图像前，需要注意一个重要的问题，就是像控点布设。像控点就是摄影测量的控制点。在无人机搭载五镜头相机航测时，通过使用实时动态定位（RTK），或者全站仪在所拍摄的测区内建立的具有标志性的真实坐标点，通过所做的像控点，可以对后期无人机航测出的坐标点进行矫正，从而完成无人机的测量，这直接关系到后期内业制作三维模型和编绘成图的精度[1]。像控点布设原则如下：

（1）像控点选择的位置要尽量均衡分布在研究区内；

（2）布设在同一位置的像控点应联测成平高点；

（3）像控点应避免布设成直线或近似直线的形式；

（4）布设在同一位置的平面点和高程点应尽量联测成平高点；

（5）像控点布设尽量确保成图满幅；

（6）每个点位做成像控点标记时用手机拍摄最少两张图像。

不动产图像在采集之后，为保证后期建模精度，需要对图像进行预处理。预处理工作目的是去除图像噪声，提高图像清晰度。然而，一般滤波方法在去除噪声的同时，也会把边缘细节信息模糊掉。为解决这一问题，在这里采用一种双边滤波算法进行去噪，双边滤波算法数学模型，如式（1）所示：

式（1）中，p=（x，y）为图像I的一个坐标点；BIp为双边滤波后的图像灰度值；q=（u，vw）为图像I另一个坐标点灰度值，即q∈s，s为邻域像素点集合。

其中，

式（2）、式（3）、式（4）中，Wp为归一化因子；Gσs、Gσr为代表空间邻近度因子和灰度相似度因子、距离标准差和灰度标准差。

1.2 不动产空间三维实景建模

基于上述采集并处理好的不动产图像、像控点坐标数据以及无人机飞行POS数据，结合三维建模软件，进行不动产空间三维建模[2]。建模基本流程（如图1所示）：

图1 不动产空间三维建模流程

首先将建模需要的基础数据输入到建模软件当中，其次在软件中选取特征提取功能，提取不动产图像中的特征点，重复提取过程，直至所有不动产图像都完成提取工作，然后对不同图像中的像素点进行多视角影像密集匹配，恢复图像的空间位置和姿态，生产点云数据，接着基于点云数据建立三维格网，并进行纹理贴图，最后进行漏洞修复、渲染、修饰、烘焙等等，提高三维模型的逼真程度[3]。

整个三维建模过程较为复杂，需要在建模软件帮助下完成。目前，常用的三维建模软件有三种，其各自特点（如表2所示）：

表2 三维建模软件对比表

1.3 不动产信息标注

基于上述建立的不动产三维模型，随后进入最后一个环节，即在模型上标注相关数据信息，并绘制地籍图[4]。绘制过程如下：

（1）将整个研究区内不动产三维模型划分为若干个区块；

（2）将建立场景模型添加到各个区块所对应的地块上去；

（3）将地籍信息，如，不动产位置、面积、尺寸、高度等数据文件贴合到三维模型当中；

（4）调整与校正；

（5）生成地籍图；

（6）获得不动产登记测量表[5]。

2.实例分析

为测试所研究方法在不动产测量工作中的应用性能，以Smart 3D软件为辅助，进行实例分析与测试。

2.1 研究区概况

以某村落为例，作为不动产测量方法测试研究区。该村落总面积546.5km2，总人口为2354人，其中，居民居住面积471.36 km2，公共设施面积54.62 km2，其他功能区面积20.52 km2。建筑类型多为平房，很少一部分为低矮楼层。研究区示意图（如图2所示）：

2.2 不动产图像采集

以一架无人机搭载五镜头相机组成倾斜摄影设备，采集图2研究区内的不动产图像，采集场景（如图3所示）。

图2 研究区示意图

图3中，无人机为A-051 多旋翼无人机。该无人机最大荷载为10kg，起飞重量为28kg，最长飞行时间为6h，最大起飞海拔高度2500m，定位精度为≤1m，最大抗风等级为6级，最大水平飞行速度为100km/h。

图3 采集场景图

图3中，五镜头相机SHARE-1005。它是赛尔无人机旗下第三代五相位倾斜摄影相机，相机具有重量轻、像素高、画幅大、焦距长、操作便捷、稳定安全等优势。相机参数如下：有效像素为2430w总像素，传感器尺寸为APS画幅（23.5 mm×15.6mm），倾斜角度为45°，存储容量为320G，曝光为飞控触发曝光（曝光时间≥0.8s），镜头焦距为35mm×4+25mm定焦测绘镜头。

倾斜摄影设备工作参数设置如下：地面分辨率为2cm，航高为80m，旁向重叠度为75%，航向重叠度为80%，POS数据格式为TXT，影像格式为JPG。

2.3 像控点布设方案

基于本文像控点布设原则，在研究区中央布设1个高程点，然后围绕这一点在周围布设8个平高点，布设方案（如图4所示）：

图4 像控点布设方案

2.4 不动产三维模型

选择表2介绍的三维建模软件中的Smart 3D建立不动产三维模型，建立结果（如图5、图6所示）：

图5 不动产三维模型

图6 不动产三维局部模型

2.5 地籍信息标注

在建立的不动产三维模型上标注地籍信息，完成地籍图绘制，结果（如图7所示）：

图7中，用户不动产生成的对应登记测量表（如图8所示）：

图7 地籍信息标注结果图

图8 不动产登记测量表示意图

2.6 测量精度分析

选取图5中5栋不动产建筑作为测量精度分析对象，对模型中具有代表性的特征高度、特征边长进行多次量测求取平均值，再结合竣工验收测量数值进行对比分析。结果（如表3所示）：

表3 测量精度统计表

其中，中误差的数学计算公式，如式（5）所示：

式（5）中，Δ为真误差；n为观测值数量；[ ]为求和符号。

从表3中可以看出：对照《三维地理信息模型数据产品规范》，5栋不动产建筑高度和长度的最小误差，最大误差以及中误差均小于0.5m，说明方法所测量结果能够满足Ⅰ级精度，达到了目标要求。

3.结束语

综上所述，不动产作为资产的另一种表现形式，为方便国家对这部分进行管理和规划，需要对不动产进行测量和登记，因此，本文对基于倾斜实景模型的空间三维不动产测量方法进行了研究。该方法创新点在于利用倾斜摄影技术采集到的不动产图像信息更加全面，使得测量结果能够更为直观地表现出来，方便人们进行查阅。并通过实例分析，证明了所研究方法的有效性以及测量精度。然而，本研究仍存在不足之处，即不动产三维模型建模时所需要的数据没有进行多次数据获取，因此，建模存在一定的误差，虽然误差在可以接受的范围内，但仍有进步的空间，因此，有待进一步分析和探讨。