无人机倾斜摄影技术在三维不动产中的应用

王 元

（中煤航测遥感集团有限公司，陕西 西安 710199）

0.引言

随着倾斜摄影技术的发展和完善，近年来我国流行通过在无人机飞行平台上搭载五镜头传感器，从垂直、倾斜等角度拍摄地物影像，获取物体完善的几何、纹理和位置信息，并基于影像进行分析、统计、决策等相关后续应用。随着基于影像的三维建模核心算法和AI等技术的不断成熟，利用多视影像进行三维建模已经成为主流的应用模式。彭伟[1]基于倾斜影像，利用Smart 3D对城市地区进行三维Mesh重建并开展精度评定。纪亮[2]基于国产DP-Modeler导入倾斜影像进行精细化三维建模，并且对纹理和结构进行优化。如何利用成熟的三维建模成果开展智慧城市应用已经成为当前政府、企业、公众关注的焦点。随着虚拟现实、数字孪生、元宇宙等新兴技术的涌现，目前已有很多专家学者将无人机倾斜三维模型应用于不动产管理，并与人工智能、大数据、云计算等技术进行融合，实现不动产管理从二维向三维的转变，从而实现政府不动产管理手段的迭代升级，为数字政府提供决策支撑。

1.总体技术路线

无人机倾斜摄影在三维不动产中的总体技术路线包含三部分，如图1所示。

图1 总体应用技术路线

1.1 无人机外业数据采集

根据无人机测绘作业相关国家标准，对于超出一定飞行高度的航飞，需要提前进行空域报备；利用航飞软件进行智能化航线规划与飞行高度设定；选择气象条件好的天气环境开展无人机航飞作业，按照规划的航线开展自动化作业，获取摄区内的五镜头影像数据。

1.2 三维不动产模型构建

利用PhotoMesh、Context Capture、大疆智图、大师智慧、天际航等软件自动生产Mesh模型；以Mesh模型为基础，利用裸眼3D测图软件进行倾斜模型单体化，构建建筑物单体模型。

1.3 三维不动产应用构建

采用GIS软件SDK二次开发套件，基于.net或js+HTML等技术，开发三维不动产应用，包括三维地籍应用、三维不动产确权应用等，并在平台中导入倾斜Mesh模型或建筑物单体模型，最终实现相关不动产应用。

2.无人机倾斜摄影三维建模

基于无人机倾斜摄影进行三维建模的主要技术流程如图2所示。

图2 无人机倾斜摄影三维建模流程

2.1 数据采集

利用无人机搭载倾斜相机进行倾斜影像采集，获取下视影像和四个视角的倾斜影像。

2.2 空中三角测量

为消除外定向中的系统误差和随机误差，需要对获取的倾斜影像进行空中三角测量，获取精确的外方位元素。目前空中三角测量过程具有高度自动化的优势，唯一需要人工交互的步骤是手动量测地面控制点来计算基准转换。在空中三角测量中，自动点匹配（Automatic Point Matching，APM）技术极大加快了空三处理速度[3]，为大型数字摄影测量项目的倾斜摄影提供严密的空中三角测量解决方案。经过空中三角测量处理后，可以构建具有精确位置信息的立体像对。

2.3 TIN三角网构建

以倾斜五视角影像为基础，全自动进行TIN三角网构建，可以设置三角网的分辨率和金字塔层，同时对提取的三角网进行稀疏和平滑处理，最终输出TIN数据，方便开展不动产面积量测、不动产高度测量、施工进度模拟、日照分析等。

2.4 自动纹理映射

以具有精确位置信息的倾斜影像为基础，结合建筑物的三维TIN，提取建筑物的纹理，包含建筑物屋顶纹理和侧面纹理。

经过以上四个步骤，完成倾斜Mesh三维模型的构建。Mesh三维模型作为城市全要素三维模型，在实际应用中能满足不动产浏览、高度量测、距离量测、视域分析、通视分析等应用需求。但是，如果需要实现不动产登记、不动产确权、以房控税等精细化政务管理，实现与不动产信息的关联查询和分析等需求，Mesh模型仍然无法支撑，需要按栋、单元、楼层、户等单位进行单体化建模，以满足不同层次的不动产管理需求。

2.5 单体化模型构建

基于倾斜Mesh模型，进行建筑物单体化工作。当前主要基于iDATA、清华山维、天际航等作业平台进行数字化采集作业。第一步，需要将倾斜Mesh模型数据导入平台中，作为底图，开展裸眼3D测图；第二步，作业员手动勾画建筑物轮廓线、屋脊线和屋檐，配合智能化工具，如，直角房屋、智能捕捉，可大幅减少人工作业量，提高单体建模的效率；第三步，将倾斜影像关联至作业平台，构建影像数据库，平台可从影像库中自动选择对应位置的最佳影像进行纹理匹配，支持智能化匹配和人工选择两种模式。最后，生成单体模型并导出，支持导出为FBX、OBJ、OSGB等标准格式。

3.基于倾斜模型的三维不动产应用

3.1 三维立体不动产登记

基于上述过程生产的倾斜Mesh模型或单体化模型，对不动产进行精细化管理，更加形象、生动地展示不动产的实际情况，不仅从视觉上将二维不动产“立起来”，而且支持三维受理、三维审核、三维归档等功能，解决不动产在二维空间下表达和管理存在的不足，满足三维不动产的确权登记需求，持续推动不动产登记的便民、利民化。

（1）三维不动产受理

打破传统不动产登记平台的台账式管理模式，探索利用三维楼盘表进行登记业务办理。三维楼盘表可直观展示当前不动产所在的空间位置，通过不同的颜色渲染标识当前房屋所处状态，如未登记、抵押、查封等，业务人员从三维楼盘表中选择所要办理业务的房屋进行业务受理，可有效减少登记错误。

（2）登记业务三维联动

支持不动产单元号到户的定位，并实现从图形直接创建业务登记案卷；通过三维不动产系统与业务系统的关联，实现从图形系统直接关联业务系统进行业务的收件受理。不动产系统在业务办理时，以不动产单元号作为唯一标识，通过平台实现不动产单元所在栋的定位及可视化场景展示，并实现不动产单元的信息查询。

3.2 建筑物分层分户管理

基于建筑物倾斜模型，动态地把对应的规则建模数据和分层分户数据套合在模型表面，对不同楼层、单元甚至每户皆可进行动态单体化，即在每层每户楼层高度信息数据的控制下，利用动态单体化技术对模型进行切割，灵活获取单层或单户模型，实现三维模型的分层分户化。针对单体化后的模型可挂接相应的业务信息、地籍图、户型图等数据，形成完整的不动产三维地籍数据库，为不动产立体化管理提供精准的数据支撑，最终实现对建筑物分层分户管理。

4.应用案例和精度分析

基于倾斜摄影测量的不动产三维建模包含三个阶段：数据采集、空间定向和三维建模。第一阶段，为获取高质量影像，必须有良好的飞行计划和飞行设计；第二阶段，影像和相关数据（GNSS/IMU）的处理；第三阶段，三维建筑物模型提取。

本节描述了试验所借鉴的测试数据，数据采用大疆经纬M300 RTK[4]，搭载赛尔PSDK 102S V3五目相机获取，覆盖3 km2范围。

4.1 试验设备

大疆经纬M300 RTK无人机搭载赛尔PSDK 102S V3五目相机，单镜头具备2516万像素，有效总像素超1.25亿，测绘精度高，满足不动产三维模型的快速构建，为不动产确权、不动产登记、不动产分层分户管理提供精确的3D数据支持。

4.2 倾斜数据采集

利用以上设备采集试点片区3 km2范围内的倾斜影像，航飞高120 m，影像分辨率为3 cm（下视），获取800张多视影像。

4.3 空三定向

以大疆经纬M300 RTK获取的倾斜影像、GNSS/IMU提供的外方位元素及相机参数作为数据源，在Context Capture中进行空中三角测量时，利用前方交会计算下视和倾斜影像每个像元的物方坐标，使用APM生成大量连接点，对连接点进行平差，结合人工调整、自动剔除粗差等操作，构建较高精度的区域网。

利用Context Capture同名点匹配模块对本测区中的800张RCD30倾斜影像进行同名点匹配，最终成功匹配5600个同名点，试验中最终匹配的同名点质量较高，如图3所示。

图3 同名点匹配结果

在已构建的区域网中添加控制点，并保证控制点在区域网中合理分布。布设好的控制点被加入测区中进行单独平差测试，此过程必须确保控制点的正确性和精确性。然后将连接点和控制点进行整体区域网平差，区域网被归化至测区定义的投影坐标系下。

本测区设置12个控制点，在x、y、z方向的中误差分别为0.018 m、0.017 m、0.021 m，最大误差为-0.030 m、0.032 m、0.022 m，如表1所示。

表1 控制点中误差 单位:m

本测区设置6个检查点，在x、y、z方向的中误差分别为0.0162 m、0.0138 m、0.0159 m，最大误差为-0.021 m、0.0163 m、0.0211 m，如表2所示。

表2 检查点中误差 单位:m

以上结果显示精度较好，可以满足不动产三维建模的精度要求。

4.4 Mesh模型构建

通过Context Capture软件，进行密集点匹配、三角网构建、纹理贴面等步骤，最终生成全要素Mesh三维模型[5]，数据格式为OSGB。

4.5 单体化模型构建

将以上倾斜三维模型导入南方数码iData_3D三维立体数据采集软件中，进行房屋三维实体的要素采集，并利用智能化AI工具提高单体化建模的效率。3 km2共1200栋建筑物，单体化建模耗时3个工作日。最终导出为obj格式的三维模型数据。

4.6 不动产管理

将以上Mesh模型和obj单体模型导入权籍管理系统中。通过三维模型可以清晰地处理地上、地下不动产的空间压盖、边界模糊等问题，使产权更加清晰；同时可根据三维模型开展天际线分析，为拆迁工作提供较好的决策支撑。

5.结束语

无人机倾斜摄影测量能快速获取不动产区域的影像，并进行高效的三维模型创建，建模精度满足不动产管理的应用需求。三维重建后的Mesh模型和单体化模型可满足不动产可视化、量测、分析等工作，具有较大的应用价值。