精细化三维模型的 1:500“房地一体化”测量方法研究（CC+EPS）
摘要： 随着倾斜摄影测量技术的不断发展和成熟， 利用无人机影像进行快速、 高精度三维建模已成为可能，并广泛应用于测绘及其他领域。在充分考虑 1:500“房地一体化”测量中遇到的难以获取完整的房屋侧面信息， 以及需大量外业调绘完成缩房檐等工作的问题，提出了基于精细化三维模型的1:500“房地一体化”房屋数据采集方法。并以陕西省宝鸡市千阳县南寨镇某村为试验区，进行房屋数据采集，从效率和精度两方面与传统方法进行对比分析。实验表明,基于精细化三维模型的 1:500“房地一体化”房屋数据采集方法， 既可有效提高作业效率， 同时又能满足成图精度要求， 可作为一种新方法应用于 1:500“房地一体化” 测量工作中。
关键词： 倾斜摄影；三维模型；房地一体化；精度评定
在农村不动产统一登记实践中， 宅基地及其地上房屋即“房地一体化” 确权登记是大家比较关注的问题。1:500“房地一体化”测量目前有两种方法，一是全野外测量法，这种方法点位精度高，量算结果精确，但工作繁琐，成本较高；二是常规摄影测量法，依托高分辨率数字正射影像（DOM），利用数字化测绘方法，能够快速提取房屋信息，但是只能完成部分工作，还需配合外业测量完成缩房檐等工作。本文提出了一种基于精细化三维模型开展 1:500“房地一体化”测量工作的新方法， 该方法相对于全野外测量法， 在保证成果质量的前提下，可以提高生产效率，减少外业作业人员；相对于常规摄影测量法，可以在内业完成缩房檐等工作， 降低了作业成本， 加快了全国农村“房地一体化” 测量工作的进程。
基于精细化三维模型的 1:500“房地一体化”测量方法应用数字化测绘方法，先内业后外业，优化了农村“房地一体化” 测量工作的作业流程。该方法有效地运用了 3S技术，结合农村“房地一体化”测量工作的具体要求， 其作业流程如图 1 所示。
图 1 “房地一体化”测量作业流程
1.1 像控点布设与量测
外业像控点采用区域网布设，区域网的划分应依据成图比例尺、 影像地面分辨率、摄区地形特点、摄区的实际划分、图幅分布等情况综合考虑， 按照实际情况选择最优实施方案。区域网宜呈矩形或方形，网的大小及像控点之间的跨度以能够满足空中三角测量精度要求为原则。像控点点位应选在易于判别、 特征明显、 与周围地物颜色反差大、尽可能为永久地物并易于影像上精确定位刺点的特征点，如道路交叉口、斑马线交角等。在 1:500 的“房地一体化”测量中，为达到精度要求，像控点之间的距离应为100-150m，像控点应布设在视野开阔，无房屋、树木遮挡的地方，避免无人机获取影像中的像控点被遮挡。
像控点的量测利用 CORS 站 RTK 作业方式，对于像控点数据相对较多且离首级控制点较近区域， 可采用 RTK 方式作业，区域坐标转换计算参数点位不少于三个， 施测前应在已有控制点上进行检查、核对，确保成果的可靠性，同时流动站距离不得超出5km，无线电信号不稳定时禁止作业。
1.2 精细化三维模型的建立与数字正射影像（DOM）的生成
利用ContextCapture（Smart 3D） 软件进行精细化三维模型的建立与 DOM 的生成， 首先通过无人机获取高分辨率的多视影像， 为了最大限度地提高测量精度，无人机获取的多视影像的分辨率应达到 0.015-0.02m， 经过影像预处理、空三加密、 三维重建等步骤，完成精细化三维模型的建立。精细化三维模型与 DOM 的生成过程如图 2 所示。在空三加密过程中，像控点刺点误差应控制在一个像元内，三维模型分辨率满足不大于 0.05m 的条件时才可以开展相关的后续工作。
图2 精细化三维模型与 DOM 的生成
1.3 基于EPS软件的农村“房地一体化” 数据采集
1.3.1 基于“清华山维”软件的农村1:500“房地一体化” 数据采集流程清华山维软件 1:500“房地一体化” 数据采集流程如图 3 所示。
图3 清华山维软件房屋采集流程
（1）房屋平面图绘制：根据三维模型和 DOM 数据，以房屋侧面为基础，进行房屋平面图的绘制。对于图 4 中的房屋， 采用“五点法”绘制。即通过“建成房屋”工具，先在房屋任意一个侧面绘制两个点， 然后再在其它侧面绘制一个点， 进行房屋主体平面的绘制；在房屋主体平面绘制完成后，再根据房屋的实际情况，绘制房屋的其它结构及房屋的附属设施，如阳台、飘窗等。
图4 房屋
（2）房屋拉伸：根据三维模型中房屋的实际高度，对房屋进行拉伸，拉伸后房屋侧面的四条边需紧贴三维模型侧面四条边，确保采集精度。
（3）标注：根据三维模型，对房屋的材质、层数以及房屋的附属设施进行标注。
1.3.2 房屋类型
农村房屋一般包括两种房屋，一种是“人字形”房屋，另一种是平顶房屋。“人字形” 房屋采集如图 5 所示， 这类房屋比较简单，容易采集；平顶房屋采集如图 6 所示，这类房屋目前在农村偏多，相对于“人字形”房屋稍复杂，采集时还需采集房屋层数以及房屋的附属设施等。
图5 “人字形”房屋采
图6 平顶房屋采集
基于精细化三维模型的 1:500 房地一体化测量方法可以直接在采集的数字线划图（DLG）中统计房屋的建筑面积， 避免了传统的“缩房檐”工作， 而且保证了房屋采集精度，大大提高了“房地一体化” 测量效率。
1.4 外业核查
在 1:500“房地一体化”测量中， 有些房屋无法在内业采集完成，需要到外业进行核查。主要为以下三种情况：树木等遮挡造成个别房屋模型不完整，如图 7 所示；由于种种原因造成的极少数房屋模型不清楚， 房屋过于密集，且房屋结构复杂造成的遮挡，如图 8 所示。对于无法采集的房屋，需到外业进行核查，然后在南方 CASS 软件中进行补采。
图7 树木等遮挡房屋模型
图8 房角模型不清楚、 房屋过于密集
试验区为陕西省宝鸡市千阳县南寨镇某村， 该村占地面积约 0.55km2 ， 属于北温带大陆性季风半湿润气候，村内地势平坦，面积广阔，交通便利，渠通水畅，有“三端一平”称号（路端、渠端、树端、地平）。在此试验中， 采用了论文提出的房屋数据采集方法。首先在测区内架设基站， 进行像控点的布设与量测，然后根据规划好的航线，完成测区内高分辨率倾斜影像获取， 最后在内业建立精细化三维模型，并导入EPS2012 软件中进行房屋数据采集，如图 9所示。
图9 房屋采集结果
针对项目案例，将全野外测量法、常规摄影测量法和论文提出的精细化三维模型测量法，从项目工作效率和数据精度两方面进行了对比。其中，项目工作效率对比见表1。
从表 1 可见，该项目全野外测量法需要16 人 19 天、常规摄影测量法需要 15 人 15.5天、 基于精细化三维模型的测量法需要 10人 12 天， 基于精细化三维模型的测量法的工作效率有明显提高。该项目全野外测量法需要 16 人 19 天、常规摄影测量法需要 15人 15.5 天、基于精细化三维模型的测量法需要 10 人 12 天， 基于精细化三维模型的测量法的工作效率有明显提高。将使用该方法采集出的部分房角点坐标与使用传统全野外作业方式采集的房角点坐标进行精度比较，求出平面中误差和高程中误差， 测量精度评定见表 2。
从表 2 可见， 使用基于精细化三维模型的测量法的房屋平面中误差和高程中误差分别为 0.048m、 0.03m，精度完全满足《1:500 1:1000 1:2000 外业数字测图技术规程》 GB/T14912-2005 中平面中误差和高程中误差小于等于±0.05m 的要求。
上文提出的基于精细化三维模型的1:500“房地一体化”测量方法相对于传统的全野外测量法和常规摄影测量法具有很大的优势， 颠覆了传统的作业模式，减少了外业人员对专业技能以及天气等条件的依赖，而且作业流程大大简化，整体效率提高、 测量精度得到了保障。论文提出的方法可广泛应用于 1:500“房地一体化”的测量实践及相关测绘生产项目中， 以期该方法能够大力推进 1:500“房地一体化”测量工作的更高效开展。
本文作者：邱春霞，雷蕾，董乾坤，席敏哲
原标题：基于精细化三维模型的 1:500“房地一体化”测量方法研究
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