倾斜摄影和三维建模技术在农村房地一体中的应用

倾斜摄影和三维建模技术在农村房地一体中的应用

刘洋

山东慧创信息科技有限公司 山东临沂 267000

摘要：目前房地一体农村不动产登记项目正在全国多个省市展开，房地一体农村不动产登记是将农村宅基地和集体建设用地使用权及土地上的建筑物、构筑物实行统一权籍调查、统一确权登记、统一颁发房地一体不动产权证书的一项重要工作。文章重点就倾斜摄影和三维建模技术在农村房地一体中的应用进行研究分析，以供参考。

关键字：倾斜摄影；三维建模；农村房地一体；应用

引言

近年来，无人机倾斜摄影测量技术发展迅速，它克服了传统3D建模技术的局限性，例如建模效率低、手动映射以及无法满足测量要求的3D模型精度，可以获得高重叠度图像，快速创建高精度3D模型，由于改进的纹理映射算法，可以将2D纹理图像自动粘贴到3D模型的位置。3D模型可以很好地反映拍摄区域中的真实信息，并可以加载3D模型和矢量化软件平台。

1传统技术在农村房地一体中应用的缺陷

农村房地一体调查是保护农民权益的一项惠民政策，是国家了解农民住房状况的重要手段，也是科学地制定新农村发展规划的重要数据来。对于农民而言，进行综合的住房和土地调查是使个人家庭财产合法化和改变其权益的有效途径，这里的房地一体化调查是对农村家庭和农村房屋的综合研究。农村宅基地调查使用每块土地作为研究单位来确定其边界点，划定边界线，查清权属，目的是弄清四至关系。农村房屋调查旨在调查位置、面积、层数、权属、建筑材料和房屋使用情况的基本信息。从这里可以看出，农村房屋调查是针对农村宅基地进行更详细的调查，都涉及测量房屋的界址点。无论是农村房屋测量还是农村宅基地测量，当前的测量技术仍然使用传统的RTK和全站仪测量技术或传统的摄影测量技术。但是这两种技术的使用具有以下缺点：第一，使用传统的RTK和全站仪测量技术对农村地区进行综合测量需要大量的现场调查工作，并且受气候条件的限制，在某些地方测量不方便。传统的测量技术具有工作量大、效率低、周期长、成本高的缺点。此外，通过传统测量获得的调查和制图结果相对独特，无法满足多种测量需求；第二，虽然使用传统的摄影测量技术可以节省现场测量工作量并提高测量效率，但对硬件和数据采集人员的要求更高。由于房檐改正的问题，需要将内业的矢量化数据结果发送到外业进行调绘。

2无人机倾斜摄影测量技术概述

2.1倾斜无人机摄影测量系统

D200无人机是飞马机器人自主研发的垂直起降多旋翼无人机，采用四旋翼的十字布局形式，旋翼机型以其能够获取更高精度的航测数据、可悬停拍摄、对起飞和降落环境要求低等优势，兼具固定翼无人机航时长、速度高、距离远的特点。D-OP400倾斜摄影相机模块，采用全面幅微单相机，具备高质量的侧面纹理采集及高效率的作业能力，具备五相机同步曝光和逐相机打标能力，精确获取每个相机的精确曝光位置信息，搭配无人机管家数据处理模块，提供1:500免像控高精度倾斜航摄完整软硬件系统，同样的机位下采用同样的焦距和参数进行拍摄，全画幅比APS-C画幅获得的照片视角要广，能被市面上所有的工业级无人机挂载。一个镜头垂直向下，另外四个镜头均匀分布在四周、倾角为45⁰。

2.2数据处理技术流程

针对倾斜无人机摄影测量技术的特点，依据多视影像三维重建技术原理在房地一体项目中选择倾斜相机，再依次完成航线规划、采集影像数据、多视影像区域网平差、多视密集匹配生成点云数据、三维模型生成以及精度验证等步骤。

3倾斜摄影和三维建模技术在农村房地一体中的应用

3.1测区概况

本次项目所在测区地势平坦，地形高差在10m以内，主要地物为1-3层房屋、农田、池塘、树林等。测区房屋不高，地形起伏不大，飞行区域高空无特殊危险源，选取飞马D200多旋翼无人机搭载五镜头倾斜摄影相机，并使用全站仪与RTK外业采集控制点进行后期检查模型精度。作为经济型倾斜相机，D-OP400的性价比很高，适合于多机组、大范围同时开展作业，提升项目完成效率。价格相对低廉，但它在精度方面不逊色于市面上的同品质相机，可保证最终成果达到项目要求。航飞当日，无人机作业时间为下午13-15点，在该时间段内，测区内天气晴朗，光线适中，1-2级微风，适合飞行。测区内使用全站仪均匀实测13个控制点，点位清晰易辨认。

3.2航线设计

本次项目中，设计的航高为90m，地面分辨率为1.5cm，按照常规地籍测量航向、旁向重叠度分别为80％、70％进行作业。测区有效面积约0.15km²，按照外扩一倍航高的距离，所得实际航飞面积约0.31km²，累计飞行2个架次，单架次飞行时间约25min，共获取5335张影像，航片地物轮廓清晰、色彩均匀，满足项目的使用要求。

3.3数据处理及模型效果

3.3.1空三解算

将倾斜无人机摄影测量系统采集的多视影像数据，利用数据预处理软件进行初步的整理，利用计算机视觉中影像匹配技术获取多视影像数据的连接点坐标，通过核线约束剔除误匹配点，采用最小二乘匹配方法提高同名点的定位精度；结合外业采集控制点数据利用软件进行空三解算，通过一次估算与精算对测区内5335张影像进行区域网整体平差处理，处理时间约3h，空三解算一次通过，未发生分层等问题。空三解算完毕后，输入外业控制点像点坐标，利用空三解算结果计算外业控制点对应的物方空间坐标，模型误差为0.018m，即一个像素中误差；空三处理过程中控制点参数影像定向参数精化过程，因此控制点的平面精度仅为0.006m。

3.3.2实景三维模型构建

利用多视影像密集匹配技术获取高密度的点云数据，将点云数据构建不规则三角网模型并剔除模型内部存在错误的点云；通过纹理自动映射技术获取纹理数据与三角网模型间的逐一对应关系，最终生成具有真实纹理的实景三维模型。生成的实景三维模型包含高密度点云数据、不规则三角网以及真实纹理信息。由整体三维模型图可以看出，生成的实景三维模型整体效果较好，能较好的反映当前该区域房屋分布情况。由局部细节模型图可以看出，三维模型的侧面纹理信息比较丰富，房屋整体结构清晰，在屋顶、屋角处不存在变形情况，便于后期直接在三维模型上量测矢量信息。利用多视影像数据生成立体模型，采集大比例尺地籍图存在模型精度误差分布不均匀、粗差多等问题。利用正视视图中边线的方式显示模型，并将三维的测图工作转换为二维测图，在二维模式下能够轻易采集到房角点。通过不同视角的旋转和缩放，获取整个待采集测区的细节特征，确保地籍测图的精度及高效性。

结束语

综上所述，本项目采用消费型倾斜无人机摄影测量作为技术手段，通过无人机外业航飞、像控测量、三维模型制作、线划图采集等流程，生产房屋不动产登记所需的地籍和房产测量数据。综合来讲，D200多旋翼无人机加D-OP400倾斜相机的组合，能够满足使用需求。相比于传统人工测图方式，无人机倾斜摄影技术在效率上有了提升。对于地形及高空环境不复杂的区域，无人机倾斜摄影技术的进步在减少测绘外业人员的工作强度、提升项目作业效率方面有着重要意义。本文没有考虑不同控制点分布以及数量对空三精度的影响，这也是下一步工作研究的方向。

参考文献：

[1]高红,李运健,陈悦统.SLAM技术在农村房地一体测量中的应用与研究[J].城市勘测,2021(02):149-153.

[2]宁振伟,谢刚生,钟晓兰.手持激光雷达扫描系统在农村房地一体测量中的应用[J].测绘通报,2021(02):103-107.

[3]徐波.倾斜摄影测量在房地一体农村地籍测量的应用探讨[J].住宅与房地产,2019(22):203.

[4]徐万生.倾斜摄影测量在农村“房地一体”调查中的应用[J].智能城市,2019,5(14):96-97.