倾斜摄影在农房一体不动产测量中的技术流程（Smart3D+EPS）
摘要：低空摄影测量技术随着小型无人机技术和计算机影像识别技术的日趋成熟，在外业测绘工作中正被广泛应用。特别是在农房一体不动产权籍测量中，传统测量方法由于作业效率低、成本高，测量实施困难，已难以满足社会经济发展的需要。本文对倾斜摄影测量技术在农房一体不动产测量中进行研究分析，结果表明，该方法方案设计科学，解决了农村房屋不动产登记工作中房地信息不一致、房屋密集不通视、现场核实困难等问题，具有可操作性强，作业效率高，精度有保证，数据成果多样化等特点。
关键词：摄影测量；三维模型；农房不动产
引言
2014年7月，国务院常务会议讨论了有序推进农业转移人口市民化和《不动产登记暂行条例（征求意见稿）》；相关部门联合印发了《关于开展国家新型城镇化综合试点工作的通知》，明确提出将宅基地和农房纳入全国统一的不动产登记体系，并建立和实施不动产统一登记制度。随后，国土、住建等部门发出通知，正式宣布将农房纳入不动产统一登记。
随着无人机航空摄影测量技术的日趋成熟，低空摄影测量具有响应速度快、精细度高、使用成本低、操作培训简便、作业效率高等技术特点，在多云多雾、影像获取困难、人员难以到达的地区应用，具有明显的可操作性优势。目前已经有大量的传统外业测绘工作的任务转由无人机航空摄影测量所代替进行数据获取。小型化无人机航空摄影测量，开始逐步在测绘、林业、矿山、交通、水利、国土、电力、环保、执法等行业快速普及应用，并成为传统基础空间信息获取的新手段，大大提高了野外数据获取的工作效率，降低了人员劳动强度，缩减了传统作业的生产成本，并且提升了数据的实时性、准确性和可视性。
倾斜摄影技术是测绘领域近些年发展起来的又一项高新技术，它颠覆了以往只能从垂直角度拍摄获取影像的局限，采用在同一飞行平台上搭载多台传感器，从多个角度采集影像数据，获取地面物体更为完整准确的信息，通过专业的数据处理流程，生成的数据成果-实景三维模型，可以直观地反映地物的外观、位置、高度等属性，将用户引入了符合人眼视觉的真实直观世界。
基于无人机倾斜摄影技术构建实景三维模型的技术特点，可以解决在农村土地承包经营权确权项目实施中遇到的现场测绘难、核实数据难等问题。通过农房不动产试点区域的技术探索，无人机倾斜摄影三维建模为农房确权登记提供技术支持，数据成果对接自然资源部门不动产统一登记数据库，最终实现房、地、人等数据信息整合在一个平台中。同时实景三维模型直接用于农房不动产登记发证，大大增加了证书的直观可读性，进一步提升服务群众的能力。
1.1农村房屋不动产登记权籍调查生产系统总体要求
（1）以宅基地和集体建设用地地籍（权籍）调查成果为基础；
（2）全面查清集体所有土地上的未经登记的房屋等建筑物、构筑物权籍情况；
（3）全面查清新增的宅基地和集体建设用地以及地上房屋的权籍情况；
（4）农房调查信息与权籍信息叠加；
（5）制作房地一体的不动产权籍调查成果。按照《不动产登记暂行条例》首次登记的规定办理不动产登记。
1.2试点范围及数据获取过程
本项目试点在：阳泉孔南庄村，面积约0.3km2约230户。采用六旋翼无人机搭载五镜头进行航拍，地面分辨率设置为1.5cm，飞行高度100m，飞行了3个架次，共用时4小时；采用单台机器运行Smart3D模型处理软件，对影像数据进行处理，直至获取三维模型成果，共用时45小时。
具体步骤如下：
1.2.1像控点布设和采集
本次试点像控点采用提前布设标识的方式，控制点布设遵循以下原则进行：
（1）控制点选择目标位置：目标影像应清晰，充分考虑侧相机拍摄遮挡情况，确保标志能在倾斜影像上正确辨识。
（2）控制点靶标样式:标志点采用白色腻子粉和白色油漆在试验区布设L型标志，控制点靶标旁侧标明点号（如图1所示）：
图1 控制点靶标样式及观测方式
（3）控制点观测采用网络RTK利用GSCORS模式进行，采用对中杆架设仪器，每个点独立观测两次，每次观测历元不少于10个，两次成果较差小于2.5cm，求取平均值作为最终成果。
（4）控制点布设外业数据整理：采用事前像控，即飞行前完成像控布设。外业采集完数据后要及时制作控制点点位分布略图、控制点点位信息表，准确描述每个控制点的方位和位置信息，便于内业刺点使用。
（5）控制点布设密度：根据1∶500成果精度要求，通常情况下，每平方公里需布设15个控制点，房屋密集区域约每150-200m间隔布设一个控制点，其他情况下，每300-400m间隔布设一个控制点；根据1∶1000成果精度要求，每平方公里布设8-10个控制点，房屋密集区域约300-400m间隔布设一个控制点，其他情况下，每500-600m间隔布设一个控制点。
（6）控制点布设原则：多布少用、保证正射及侧视相机拍摄完整性。
1.2.2飞行设计与实施
根据实际测区情况，来设置飞行参数，尤其注意飞行高度要根据成果比例尺来设定，航向和旁向距离要进行详细计算，不能简单地依据重叠率来设置。
（1）倾斜相机，正相机影像分辨率要≤1.5cm；（2）飞行航高≤120m；
（3）旁向重叠率≥75%，航向重叠率≥80%，具体依实际情况设置；
（4）航线飞行方位角与房屋长方向垂直，可获得更多的房屋侧面纹理。
图2（a）为正确航线。
1.2.3飞行质量与影像质量检查
农村不动产倾斜摄影外业数据获取过程中需要实时对采集的数据进行质量检查，发现问题数据，根据情况进行补充采集，最终保证采集的外业数据合格。外业数据检查的内容包含以下几个方面：
（1）飞行前航线设置情况；
（2）飞行过程中飞行姿态；
（3）每个架次飞行结束后检查原始影像质量；
（4）检查每架次POS位置与原始影像数量一致性。
1.2.4影像数据处理
采用Smart3D实景建模系统，把外业获取的数据即以一组对静态建模主体从不同的角度拍摄的数码照片作为输入数据源。加入各种可选的额外辅助数据：传感器属性（焦距、传感器尺寸、主点、镜头失真），照片的位置参数（如GPS）、照片姿态参数（如INS）、控制点、等等...无需人工干预，Smart3D在数小时的计算时间内，根据输入的数据大小，能输出高分辨率的带有真实纹理的三角网格模型。Smart3D在处理过程中，执行了空三关系解算，多视角影像密集匹配，构建数字表面模型等环节。本次试点运行了45小时，输出了三维格网模型。所输出的三维格网模型准确、精细地复原出各个农房的真实色泽、几何形态及细节构成，成为后续矢量化提取的依据。
影像数据处理原则：
（1）空中三角测量像控点的刺设误差控制在一个像素以内；
（2）空中三角测量和三维建模过程不能对原始影像数据进行压缩。
1.3三维农房数据采集及质检
1.3.1二维、三维房产地籍图生产
通过低空倾斜技术获取的实景三维数据，可在EPS三维测图模块中经过数据转换后，加载到EPS软件中进行房屋采集，从而转换成符合二维、三维房产一体化数据的房产地籍图（如图3所示）
图3 二维、三维房产地籍图生产
1.3.2房产地籍图成果精度检验
1∶500房产地籍图精度检验包括两个方面：实测点位精度和边长检测。在阳泉孔南庄村实景倾斜三维数据上随机抽取30个点位与农村宅基地使用权数据进行精度对比，同时抽取30条不同位置和方位的边长与宅基地使用权数据进行精度对比，对比结果是倾斜摄影成果与实测精度对比：平面位置中误差：2.65cm，能够满足农村房屋不动产登记权籍调查成果精度要求。（如表1所示）：
表1 倾斜三维成果与宅基地使用权数据精度对比表
1.4不动产登记建库
依托三维模型动态单体化技术，有效地对农房进行落宗，在模型属性中挂接相应的不动产权籍调查信息，同时，输出相关的宗地图、房产户型图等数据资料，真正的实现房地一体。EPS不动产权籍生产建库系统还定制了数据库质检功能，对数据进行标准化检查、空间逻辑检查、宗地空间数据检查、房屋空间数据检查、属性数据检查及自动修复。形成完整的、高质的不动产登记信息数据。特别是，房屋三维图可应用于不动产权证发证中，增加了证书的直观可读性，成为普通民众能看得懂的证书（如图4所示）：
图4 实景三维不动产成果图
本项目对低空倾斜摄影测量技术的特点和发证现状进行了深入研究，并将该技术与农村房屋不动产系统要求进行结合，设计基于二维、三维一体化农村不动产房屋登记权籍调查生产系统。通过阳泉孔南庄村的实践，实践检验证明了倾斜技术在其中的优势和该系统设计的可行性。
项目成果的技术特点和先进性有以下几个方面：
（1）高精度。系统精度满足房产精度要求，绝对精度平面±5cm，高程±10cm，相对精度±2cm。农村房屋不动产登记权籍调查工作具有政策性强、成果成图精度要求高、调查内容复杂、劳动强度大等特点。无人机倾斜摄影测量具有高度的灵活性和实用性，采取二维、三维房地一体化不动产权籍调查的方法，方案设计科学，可操作性强，其整体精度要优于传统作业方式，成果成图精度能够满足1∶500权籍图成图的要求。
（2）“进院”丈量容易。解决了常规测量方法组织实施困难的问题，直接在倾斜实景三维数据上进行丈量，使得农村房屋不动产权籍调查工作的组织实施更加容易。
农村房屋不动产登记权籍调查工作是以农村宅基地和集体建设用地使用权调查发证成果为基础，土地权属成果经检查后可以直接应用，重点是对房屋建筑和构筑物的调查和测量。采用传统的全站仪或GPS接收机测量方法时，普遍存在“观测死角”而无法直接进行测量，只能采取图解法获取坐标值和几何尺寸，势必影响成图成果精度。另外，广大农村农民普遍存在外出务工，宅基地“铁将军把门”现象非常普遍，致使传统测量方法入院现场测量实施困难。而采用无人机低空摄影测量技术可以直接在倾斜实景三维数据上进行丈量，使得“进院丈量”不再是困难，解决了农村家里没人或其他原因无法进院丈量难的问题。
（3）地上房屋变化易分析。二维、三维一体化数据融合，对新增宅基地、楼房变化、房屋拆建等问题分析容易。
房屋加层改造、新建、拆迁等变化，采取二维、三维一体化数据融合分析的方法，发现宅基地和集体建设用地的变化更加容易，可以确保成果的现势性。
（4）高效率、低成本。通过低空无人机和高性能计算机采集和获取实景三维成果大幅提升作业效率，明显降低资金投入，经济效益显著。总体效率提高1-3倍，成本降低30%；通过农村房地二、三维数据的融合，对权籍调查采用无纸信息化作业，权籍调查效率提高30-40%。
（5）成果形式多样，可拓宽成果应用领域，社会效益明显。
采用无人机倾斜摄影测量技术获取二维、三维的地理空间信息成果，成果形式多样，可广泛应用于不动产调查、土地变更调查、行政执法、征地拆迁、地质灾害防治以及公安、消防、医院、疾控、城建、规划、紧急救援等领域，社会效益明显。
（6）专业技术人员。低空倾斜测量技术需具有摄影测量和遥感专业背景的技术人员支撑，才能将倾斜技术在不动产系统中更好地应用；
（7）云计算部署。低空倾斜技术获取海量高分辨率影像，对影像的加工处理需要高性能的服务器才能完成。
本试点项目中使用了山维科技EPS三维农房不动产系统，基于低空无人机倾斜摄影技术的裸眼三维测图，同时面向三维农房不动产登记发证。系统已在河南、山西、贵州、重庆等地不动产项目调查中应用。技术工艺包括倾斜摄影测量、实景三维建模、三维农房不动产等测绘新技术，成果各项指标均满足农村不动产登记工作要求。
该技术工艺优势体现在以下6个方面：
（1）数据生产重心由外业转为内业、外业生产作业劳动强度降低；
（2）以实景三维模型数据为数据源，多视角作业，作业效率提升；
（3）生产过程干扰性因素少，且采集过程不受现场不配合影响；
（4）数据成果丰富，可视化效果好；
（5）三维农房成果对未来自然资源数据应用奠定基础。
该技术体系能够系统解决农村房屋不动产登记工作中房地信息不一致、房屋密集不通视、现场核实困难等问题，具有数据成果丰富、生产效率高等特点，成果可直接接入各应用系统，为今后三维化的“自然资源一张图”奠定基础。
原标题：低空摄影测量在三维农房不动产中的应用研究
作者：王站，杨琦
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