倾斜摄影三维建模技术在不动产登记中的应用研究
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摘要：近年来，经济的发展，促进我国科技水平的提升。随着三维实景重建技术的快速发展，倾斜摄影在国内正发展得如火如荼，其低成本、高效率的优点为测绘行业的整体发展带来了春天。倾斜摄影测量是近年来发展十分迅速的一项高新测绘技术，能够以大范围、高精度、高清晰的方式全面感知复杂场景，获取高分辨率的数字地面模型、逼真的真正射影像和精细的真三维城市模型等测量产品，其中，精细化的三维模型作为城市地理空间框架的重要新型数据，为城市规划、建设、管理和信息化提供三维空间环境，更能反映真实的现实世界，目前已在许多行业得到应用。将该模型应用于不动产统一登记，对于实施三维不动产登记管理，提高不动产空间管理的能力具有重要意义。本文就倾斜摄影三维建模技术在不动产登记中的应用展开探讨。
关键词：倾斜摄影测量;三维建模;不动产登记
引言
三维数字模型作为三维地理信息平台建设的重要基础数据，其需求随着三维地理信息平台建设的迅速发展而日益増长，并提出了更高的要求，即更快的三维建模效率、更高的模型精度以及更具真实感的模型。
1 倾斜摄影建模关键技术
1.1航摄平台选型与航线设计
目前，航摄飞行平台包括旋翼无人机、固定翼无人机、动力三角翼、直升机、运5、运12等多种平台，分别适用于低空、中空、高空等不同作业，考虑到飞行器的飞行效率，要面向大规模倾斜实景三维建模，飞行平台适宜采用高空的运5、运12或直升机作为航摄平台。针对同一款倾斜相机，飞行高度越高，影像分辨率越低，要达到实景三维数据高精度的目标，满足用户对三维成果的真实效果的需求，选择合适的倾斜相机至关重要。当前国内外最先进的高精度倾斜航摄仪系统包括上海航遥公司的AMC5100、四维远见公司SWDC-5AP100、徕卡RCD30Oblique等，其中AMC5100、SWDC-5AP100单镜头1亿像素，5镜头总像素高达5亿像素，是目前市场上像幅最大的多视角航空照相机系统。影像分辨率和影像重叠度是决定实景三维模型效果和精度的关键因素。用于倾斜摄影三维建模的航线敷设，影像重叠度一般要求航向、旁向重叠度最低不小于70%。为保证实景模型效果，减少建筑物间遮挡，在城市一般建筑区域，航向重叠度为80%，旁向重叠度为70%。在高大建筑物密集的区域还需考虑建筑物顶层的实际重叠度，在航线敷设时适当加大重叠。
1.2基于倾斜摄影测量的三维建模
倾斜摄影测量三维建模技术主要是基于机载多角度倾斜摄影和激光雷达扫描技术的真三维数据快速构建技术。激光雷达技术是利用飞行器作为载体，通过激光发射器向地面发射高频度激光，对地面进行扫描，通过反射时间获取地表高精度、高密度激光点云数据技术，能精确、高效获得完整的地表形状信息。倾斜摄影技术通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时，从1个垂直、4个倾斜共5个不同的角度拍摄照片，作为真三维数据的纹理图像。对多角度倾斜影像数据、机载激光点云数据进行解算合成处理，可高度自动化地生成真三维数据，在保证精度和可靠性的前提下，后处理效率极高，是传统虚拟建模技术的数十倍，极大地提升了基础数据的获取效率。在激光雷达定位和点云数据的支撑下，基于倾斜摄影测量技术进行三维建模，是近年来发展起来的一种新型三维建模方式，能够更直观真实的反映现实世界。该建模方式，不仅能够快速获取大范围地物空间信息，还可以建立高定位精度的模型，建立的模型细节更丰富，要素更全面，真实感更强，生产速度更快。以该数据作为统一的地理空间环境载体，打通各行业信息平台接口，整合不同部门的信息，和传统二维地理信息相比，基于倾斜摄影的三维模型地理信息更有优势。其优势主要体现在：（1）倾斜摄影测量三维模型完整地提供与真实世界高度一致、所见即所得的真三维场景，保证了每个地物都能找到对应的真三维空间位置;（2）倾斜摄影测量三维模型采用高精度的激光点云数据作为三维实体模型的基础，保证了数据精度和可靠性。真三维数据中所有位置的平面、高程精度均能满足1∶1000甚至1∶5000比例尺地形图测绘规范的要求;（3）倾斜摄影测量三维模型的核心技术之一是自动化建模技术，自动化程度是传统虚拟建模生产效率的数十倍。
1.3模型优化
由于航摄盲区、地物反光、不同航摄时间、影像重叠度、影像分辨率以及POS质量等问题，在空三阶段会出现匹配错误以及点位不足等情况，导致实景三维模型出现无三角网的空洞区域、模型悬浮、纹理变形、纹理阴影等情况，这是基于倾斜摄影技术进行实景三维建模不可避免的。针对其中的水面空洞、建筑物玻璃幕墙漏洞等结构问题，可通过人工交互办法对模型成果进行修饰修补，优化效果。一般需要将待修补的模型数据导入第三方软件进行编辑，修补后再对模型进行重建，以提升模型的质量和效果。
2 无人机倾斜摄影测量系统
（1）动态GNSS系统。GNSS系统是一种高精度的定位系统，动态GNSS系统一般由地面与天空两部分构成。天空部分通常会布设多个GNSS接收机在飞机上实现联合定位，主要是为了避免单个GNSS接收机装置故障或者是卫星信号失锁。并且由于无人机上布设的GNSS接收机在接收卫星信号的同时还需要接收来自地面接收机的改正数，所以地面上还需要架设一定密度的基准站。（2）倾斜摄影系统。倾斜摄影系统的关键在于相机的镜头。与传统航空摄影不同的是，倾斜摄影采用了多鏡头相机，除了可以从垂直角度对地拍摄，还可以从不同的侧面角度对地拍摄，从而精确的获取地物的纹理及轮廓信息。目前，常用的倾斜摄影系统有三线阵相机系统、三相机系统以及五相机系统。（）3）惯性导航系统。INS系统是一种由惯性测量单元（IMU，InertialMeasurementUnit）与导航电脑组成的导航系统。它是基于惯性力学原理，通过运用高精度的陀螺仪与加速度计等惯性器件获得运动载体在惯性坐标系下的加速度，将其对时间积分，并导入到惯性导航坐标系中，再通过计算机解算出航摄相机在曝光瞬间时的姿态（三个角元素φ、ω、κ）信息。由于INS系统存在一定的系统误差，所以需要根据GNSS系统提供的精确地瞬时位置信息对系统误差进行消除。因此，在倾斜摄影测量系统中加入GNSS与INS系统可以得到高精度的航拍瞬间影像位置信息与姿态信息。
3 三维模型在不动产登记中的应用
把倾斜摄影测量获取的高清影像和三维模型应用于不动产统一登记平台，实现了复杂不动产信息在三维空间环境下的真实、准确呈现。依托三维模型动态单体化技术，利用楼房分层分户数据，对三维模型进行处理，获取分层分户的楼房模型，按分层或分户方式，对模型属性挂接相应的不动产登记信息，并关联相关的地籍图、户型图等数据资料，形成完整的不动产登记信息数据。不动产信息登记完成后，依托统一的二、三维一体化空间支撑环境，可在三维环境下进行图查属性、属性查图、缓存区分析与查询、专题图制作等（图4），在二维环境下也可实现同样的功能。不动产登记管理部门可以多维度在线查看三维数据，四至更清晰，产权更明确，避免了不动产纠纷，保护了权利人的合法权益，克服了“外业调查指认落宗耗时耗力、房屋落宗编号耗时长、即时业务办理不及时”等问题，提高了不动产统一登记管理的质量和效率。同时，不动产权利人也可以查询自己住宅小区的地理区位和房屋坐向、采光等情况，便于事先了解房产信息。
结语
随着无人机技术的快速发展，倾斜摄影技术通过模型重建、三维模型制作逐渐融入测绘领域，并已经成为三维模型生产的一种常规手段。将三维模型进行动态单体化，获取分层分户模型数据应用于不动产统一登记平台，从数据角度实现平台层面的统一，从技术层面为不动产全方位管理提供了可行的解决方案。当然，现阶段三维不动产仍有许多关键技术需要突破、探索和研究，相关支撑技术的发展对于加快土地立体空间综合利用将起到重要的助推作用。
参考文献：
[1] 郭学松.不动产统一登记制度探析[J].山东国土资源，2016.
[2] 韩啸，谭勇，钟宏华，等.不动产统一登记的难点与对策[J].山东国土资源，2016.
（作者单位：长江三峡勘测研究院有限公司（武汉））
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