無人機技術在房產測繪中的應用范文

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摘要：傳統的房產測繪通常使用全站儀輔助手持激光測距儀進行，速度慢，人力成本高。無人機傾斜攝影是近幾年興起的一種技術方法，基于無人機的傾斜攝影測量技術能夠快速獲取房屋數據的影像。使用后期建模軟件能夠構建房屋三維模型并獲取房屋紋理特征。本文利用無人機傾斜攝影測量技術構建測區農村建設用地的三維模型，通過EPS清華三維軟件進行三維模型房屋邊長數據采集，再以手持激光測距儀實測的房屋圖邊長進行比較。從結果來看，基本上可以達到不動產1:500測繪精度要求。

關鍵字：房產測繪；攝影測量；三維建模

0引言

不動產登記中需要全面調查每一宗地上的房屋產權狀況、位置、界址、面積、用途等基本信息[1]。但傳統的房產測繪，外業工作量大，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。近年來，無人機技術受到大家的關注，利用傾斜攝影測量原理進行建模是研究的一個熱點。利用無人機可以全方位的對目標物體進行信息采集，在被測物周圍不同角度拍攝一組數字影像,可獲取目標物體豐富的紋理信息。使用無人機操作便利、高效，大大降低作業風險和成本，使用三維建模軟件對無人機影像可以進行三維建模，獲得數字表面模型和點云數據[2]。獲取的信息可以廣泛應用在考古學、植被監測、交通監控、災害管理等[3-7]。國內外學者針對傾斜攝影測量的應用進行了研究。譚仁春等人使用傾斜攝影測量技術和MAX技術相結合完成了城市三維建模，取得理想的效果[8]。孫宏偉基于傾斜測量技術實現城市三維建模的快速化[9]。本文在通過使用無人機傾斜攝影測量數據處理技術，對某城中村居民區為例進行傾斜攝影測量構建三維模型，再通過EPS清華三維軟件對構建的三維模型進行房產數據采集。

1傾斜攝影測量技術

傾斜攝影測量是新興的低空航空攝影測量技術，通過在同一臺飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從垂直、傾斜等不同角度采集影像，獲取地面物體更為完整準確的信息，這種技術稱為傾斜攝影測量技術，所獲得的影像稱為傾斜影像。通過傾斜攝影測量獲取的影像數據可以進行三維模型構建，能夠直觀的表現豐富的地物信息。圖1為傾斜攝影測量原理示意圖。

1.1無人機傾斜攝影三維建模流程

傾斜攝影測量的三維建模整個流程由外業和內業兩個部分組成。外業包括了無人機影像數據采集和野外像控制作；內業建模主要涉及3個關鍵內容：①自動空三：依據測區內均勻分布的地面控制點，利用立體測圖技術，解算匹配加密點的平面坐標和高程；②密集匹配：將多張影像上的同一特征點進行匹配，計算影像之間的空間變換模型；③影像拼接：依據計算得到的空間變化模型對影像進行拼接處理，使得同名特征點能夠準確疊合，消除影像比例尺不一致、分辨率不一致對三維模型的影響。

1.2外業數據采集

(1)設計航帶。首先對測區進行實地踏勘，該項目選擇城中村區域作為試驗區域是考慮到比起學校和城市區域來說城中村房屋相對密集并且房屋結構復雜多變而且相對高差不大，這樣可以使無人機相對航飛高度盡量降到100m之內。數碼航空攝影的地面分辨率（GSD）取決于飛行高度，h=f*GSD/a,式中：h—相對飛行高度；f—鏡頭焦距；a—像元尺寸；GSD—地面分辨率。按照公式可求得獲得相應地面分辨率GSD的飛行高度。由于a像元尺寸和f鏡頭焦距是相機固有屬性，當相對行高h越低GSD地面采樣點間距就越密即地物分布率越高，所以選擇了城中村區域使得飛機相對行高在100米內。(2)像控點布設。根據規范要求，本測區像片控制點GPS-RTK技術施測，一般情況下均為平高點。像片控制點布設在航向及旁向重疊像片范圍內均勻分布并且在區域網的四周進行控制點的布設。(3)航測參數設定。根據航飛現場情況，確定各項飛行參數，完成航測數據采集工作。航向重疊度和旁向重疊度分別為70%和70%。由于本次使用大疆無人機PHANTOM4只有一個鏡頭進行數據采集，而傾斜攝影測量中要求從垂直、傾斜等不同角度采集影像，所以在航線設計上對航測參數進行了，特別的設定。對給測區進行井字行飛行，即先沿一個方向進行s型行線飛行，再對同一測區進行垂直該飛行方向的s型航線飛行，在保證航向重疊度和旁向重疊度的同時將無人機的航向傾角調為45度，這樣可以模擬出多鏡頭的效果。

1.3內業數據處理

(1)影像預處理：傾斜攝影完成后，我們對獲取的測區影像進行質量檢查，確定影像沒有變形、扭曲等現象，對影像質量不符合要求的進行修復，對影像進行統一編號。(2)內業像控刺點：像片控制點的判刺精度為0.1mm，像片控制點應選用高程變化小的目標，像片控制點在各張相鄰的及具有同名點的像片上均應清晰可見。

(3)空三加密：人工給定一定數量的控制點，軟件采用光束法區域網整體平差，以一張像片組成的一束光線作為一個平差單元，以中心投影的共線方程作為平差單元的基礎方程，通過各光線束在空間的旋轉和平移，使模型之間的公共光線實現最佳交會，將整體區域最佳地加入到控制點坐標系中，從而得到加密點成果。即從已知特征點推算出未知特征點，并自動抽取所有特征點，構成整個目標地區的特征點云。(4)影像密集匹配：軟件根據高精度的影像匹配算法，自動匹配出所有影像中的同名點，并從影像中抽取更多的特征點，從而更精確地表達地物的細節.

2應用案例

2.1無人機數據獲取

飛行的無人機采用大疆無人機PHANTOM4；采用GPS/GLONASS雙模，像素2000萬。本次實驗的主要思路設計如下：1、利用無人機獲取原始影像數據，外業采集數據光線要均勻；2、檢查影像是否滿足建模的質量需求，剔除質量較差的影像，對影像數據進行預處理；3、使用smart3D軟件構建三維模型模型；4、構建的三維模型在EPS清華三維軟件中進行房產信息采集。利用無人機獲取影像，無人機飛行高度100米，地面分辨率為4cm，相片航向重疊度為70%，旁向重疊度為70%。對獲取的影像數據進行質量檢查，配準對齊。

2.2無人機影像數據處理

無人機影像數據處理之前先要進行影像的勻光、鏡頭畸變處理。經過以上處理之后，使用smart3D軟件對影像數據進行像控測量、空三加密、影像密集匹配和紋理映射最終構建三維模型，構建的三維模型。3結論使用無人機傾斜攝影測量的方法進行三維模型構建，可以對房屋進行多角度、全方位立體觀察，這是傳統的房產測繪不具備該功能，而且三維模型的直觀性使外業的量測工作可以在室內的計算機上完成，提高了工作效率，縮短項目工期。另外，三維模型可以較好的反映房屋每層的信息，直觀性較強。但采用該方法進行房產測量也存在一定的問題仍需進一步進行解決：例如樹木對個別遮擋嚴重的建筑物，傾斜攝影測量構建的模型時未能完全獲取該建筑立面紋理，造成建筑拉花變形現象，需要結合全站儀測量解決該問題。另外遇到房屋上空有電線，對獲取建筑物信息建模有干擾，需要在將來的工作中研究剔除該類噪聲數據算法的方法，為進一步改善測量精度研究提供方向。

參考文獻：

[1]李頎.基于傾斜攝影技術在農村房屋權籍調查測量中的應用[J].測繪與空間地理信息，2016，39（6）：182-186.

[2]李隆方，張著豪，鄧曉麗，等．基于無人機影像的三維模型構建技術［J］．測繪工程，2013，22(4):85-89．

[2]劉慶元，徐柳華，沈彩蓮，等．基于無人飛行器遙感影像的數字攝影測量關鍵技術研究［J］．測繪科學，2010，35(9):28-30

[3]周曉敏，孟曉林，張雪萍，等．傾斜攝影測量的城市真三維模型構建方法［J］．測繪科學，2016，41(9):159-163

作者：李東升1，2；張兵良,3；萬保峰1；邱鵬瑞1 單位：1.昆明冶金高等專科學校測繪學院，2.南京數維測繪有限公司,3.南京農業大學