目前,不动产登记管理系统基本采用传统二维地图进行管理,难以对三维空间不动产信息进行精细化的空间管理。随着现代科技的不断发展,人们对于不动产登记技术的要求越来越高。而倾斜摄影三维建模技术因其高效、快速的优势,在不动产调查登记中得到了广泛的应用[1-3]。为了适应长春市在自然资源管理、经济建设、信息化管理和社会发展方面的需要,对长春市建成区进行无人机倾斜摄影数据的采集、实景三维模型建立和三维权籍数据入库等工作,保证长春市不动产权籍数据库数据的实时性、现势性,为长春市不动产登记工作奠定基础。1无人机倾斜摄影测量采用大疆M300无人机搭载赛尔102SV2五镜头倾斜相机,对调查区进行倾斜航空摄影,获取调查区倾斜摄影数据。作业中根据测图要求和调查区情况,制定详细的航空摄影计划,依据相关标准规范,进行无人机倾斜摄影测量[4]。1.1航线设计(1)设计技术指标。为满足后期制作三维模型的需要,搭载倾斜相机进行航摄,需较大的重叠度。此次设计航向重叠85%,旁向重叠75%,在1∶500比例尺的调查区内保障分区最低点的影像分辨率优于0.05 m。(2)航线敷设方向。根据测区范围特征和飞行平台基本参数,航线按东西方向敷设,同时为保证测区周边获取到高质量的倾斜纹理,需对测区边界进行3条航线的外扩。(3)航高设计。航线设计因子如表1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.06.026.T001表1航线设计因子项目参数成图比例尺1∶500设备类型赛尔102SV2焦距下视25 mm;侧视35 mm像素≥2 430 万飞机型号大疆M300飞行速度/(m/s)8.00分 区9航线敷设方向东西相对航高/m120.00,80.00,130.00,200.00平均地面分辨率/m优于0.02经过踏勘,测区内80%为居民楼,居民楼平均楼高16.00~26.00 m,15%为工业区,工业区楼高12.00~17.00 m,5%为高层区域,楼高60.00~70.00 m。根据踏勘结果,作业飞行航高计划根据建筑高度不同分区块进行设置,居民楼飞行高度120.00 m,工业区飞行高度80.00 m,高层区域飞行高度130.00 m,超高层区域飞行高度200.00 m。在地面站上导入规划飞行区域,输入飞行高度、航向旁向重叠度等参数,进行航线规划并上传至设备。1.2倾斜摄影季节和时间段选择综合空域申请情况和天气等情况,为减少地表植被和积雪等覆盖物的不利影响,在11月份进行倾斜摄影航摄作业。根据有效日照时间,减少过大的阴影,作业时间定于10∶00至15∶00之间。1.3倾斜摄影测量(1)安装无人机旋翼与电池后,无人机通电后等待1 min,查看倾斜相机返回试拍相片数量;检查地面站相关参数值是否正确;校正无人机磁罗盘,校正成功后重新启动无人机。(2)根据调查区范围设计无人机航线,在地面站进行航线规划,并上传航线;重新读取无人机航线是否与上传一致,如航线一致即可进行拍摄。(3)无人机飞行过程中,地面站人员负责观察地面站显示的设备参数,包括电压、水平速度、高度、姿态等,观察实时交通状况,保证飞行安全。(4)飞行完毕后,待无人机返回起飞点停稳后,卸下无人机旋翼确保工作人员的安全。将电脑连接无人机下载航拍照片和POS数据。更换电池重新上传航线进行下一架次飞行。飞行完成后并将设备装箱,运输至内业工作地点,进行数据预处理与质量评价。2像控点测量2.1像控点布设调查区像控点采用平均分布,8~10 个/km2;检核点布设20个。像控点点号统一编制不得重复,编号用“P+2位序号”表示,如P01、P02等。2.2像控点选点要求(1)像控点的选点精度为0.20 mm,点位应选在影像清晰的明显地物上,一般可选在交角良好的细小线状地物交点、影像小于0.20 mm的点状地物中心。弧形地物、阴影、交角小于30°的线状地物交叉不作为刺点目标。(2)像控点应选在高程变化小的目标。(3)点位在坎边沿及高于地面的地物上时,须量注比高至0.10 m,并应注明点位刺在坎上、坎下或地物的顶部、底部。2.3像控点测量(1)相片控制测量采用网络RTK方法,平面坐标测量和高程测量同时进行。(2)精度要求:像控点点位中误差要求平面与高程中误差均小于0.05 m。。(3)RTK像控点测量,测站要求观测历元20 d,每次历元间隔2 s,观测次数为3次。(4)根据调查区范围和调查区先验坐标转换参数,正确设置坐标、数据单位、投影参数和接收机天线高等参数,通过已知起算点进行可靠性检验,检验满足要求后进行观测。设置接收机各次测量平面位置和高程交叉约束在0.04 m内,测量结果取各次测量的平面坐标中数、高程中数。(5)RTK流动站观测开始前对仪器进行初始化,严格对中,得到固定解后,开始观测。2.4像控点成果整理相片控制测量实施完成后,按要求对像控点成果表、点之记进行整理、核对,像控点联测完成后,按成果展绘测区像控点布点图。3实景三维模型生产3.1数据预处理外业航飞完成后对外业采集的影像、位置信息进行检查和预处理,使成果满足内业数据处理要求。主要包括测区倾斜原始影像检查、与倾斜影像对应的POS信息处理以及测区范围内的控制点数据预处理和检查核对等三部分[5-6]。(1)倾斜影像预处理。每日飞行任务完毕后,在次日之前将外业获取的倾斜数据处理成标准格式,检查是否存在问题,并决定次日是否补飞。具体操作规程包括:将相机连接至计算机,输出“DCIM”(影像文件)与txt(POS信息)文件;检查相机五镜头(前、后、左、右、下)影像的同步曝光状态,去除单点多次曝光影像;将航线轨迹图文件(kml)与POS文件(txt)叠加,检查倾斜影像与POS信息的点位对应情况,去掉无POS点对应的起降自动拍摄影像;原始影像航摄漏洞检查,使用航摄漏洞检查软件对航摄飞行影像数据进行航摄空白区漏洞检查,通过检查,决定是否进行航摄补拍;影像匀光匀色处理,使用专门软件对数字图像进行图像处理,通过处理,消除成像条件(天气条件、光照条件、硬件条件等)对数字影像的各类影响;将(前、后、左、右、下)镜头的原始影像,按照命名规则修改名称。照片命名规则为“相机镜头的方向首字母+年份(2位)+月日(4位)+架次(2位)+0001”组成,例如“B221114030001.JPG”代表2022年11月14日第三架次后视镜头的第一张相片。(2)POS信息预处理。POS数据,无人机相机中流动站采集数据的坐标系为WGS84,含有影像名称及X、Y、Z、Omega、Phi、Kappa共7项内容,将POS数据通过软件写入原始航测照片中,便于后期数据处理应用。将经纬度信息在ArcGIS中进行展点,与飞行航迹图对照,检查是否有不正确的信息点;检查POS的数量是否与原始影像个数对应;将影像序号修改与下视相片名一致。(3)控制点信息处理。控制点数据是所在位置示意图和控制点采集现场照片等。将控制点与POS展点文件进行叠加,检核POS数据的粗略精度,核查无误后,可进行数据处理。3.2倾斜摄影三维建模流程根据倾斜影像分布情况结合作业范围布设的像控点,进行像控测量与空三加密,生产三维实景模型数据。主要流程为:将POS信息与倾斜影像制作成影像参数文件,将相机信息制作成相机参数文件;在ContextCapture中建立工程,匹配空三连接点,由于计算连接点误差大,需要人工干预并修正至标准值,最后进行建模生产。生产完毕后根据项目要求将成果转至相应的坐标系。(1)确定参数文件。数据核查完毕,在ContextCapture中建立工程并导入影像数据和输入参数文件,准备空三点匹配。参数文件主要为相机参数、POS参数和项目区制作范围文件,建立后上传至工作文件夹下。制作相机参数文件。准备拍摄时航摄仪的焦距、像元尺寸等信息按五镜头进行组织,形成指导模型作业的相机参数文件。POS参数文件。将POS数据与照片名称逐一对应,将所有的POS参数汇总,包含相片序列名称和X、Y、Z参数,形成完整的POS文件。相片序列名称制作时与下视相片编号相对应。影像格式为JPG,制作时经纬度标准基于WGS84坐标系,高程基准为椭球高Ellipsoid,模型生产完成后再转换坐标系。制作项目范围文件。根据任务区范围,在奥维地图中绘制矢量范围,并导出范围文件kml。为保证模型生产完整,ContextCapture空三运算完成后,在重建窗口下进行导入查看,在奥维地图中对照修改,修改完成后导出最终矢量范围kml,导入ContextCapture进行模型生产。(2)初始化。(3)空三点云优化与生产。利用ContextCapture软件进行连接点的自动匹配。由于影像中云影、阴影、反射面(水体、玻璃等)、动态物体(汽车等)的影响,ContextCapture自动匹配的连接点包含许多错点(如点落在阴影或动态物体中),因此需要通过人工添加连接点(同名点),修改空三参数,反复迭代,优化空三结果,直到95%以上照片参与运算,且空三具有地理参考,方可执行建模。空三优化合格后仅完成控制网的网内相对定向,最终成果要求精确的绝对坐标,因此需要加入控制点信息,以完成对空三控制网的绝对定向。将优化后的最终空三结果(含控制点)提交给服务器,空三成果提交成功后,即可进入批量自动化建模阶段。将空三成果模型重建通过ContextCapture工具集转化为点云成果“.LAS”,对点云成果进行编辑,对其进行抽稀后导出“.ASC”格式成果。(4)三维模型生产。通过ContextCapture软件,利用分布式计算模式进行任务处理,过程不能人工干预,系统会根据子任务数量自动为运算节点进行任务分配。项目默认生产矢量范围为项目实际生产区域,为了测区边界模型的完整性,一般将边界范围外扩3~4条航线。为提高模型生产效率,通过导入预处理范围kml,避免生产冗余模型。模型生产区域以tile为单位表示,5.00 km2的生产区域含约583个100×100的tile,在后期模型修正时需要快速定位tile文件位置。实景三维模型数据处理过程包括基于POS检校成果对相机内方位参数重新解算、多相机精确空中三角测量、自动提取DEM、DSM、自动计算3D模型的架构矢量、自动搜索最佳的模型表面纹理进行贴图、按区块(TILE)输出OSGB格式的三维模型数据成果等,处理软件主要有ContextCapture、Photoscan等常用的图像处理软件。数据处理用到的输入数据包括原始航飞影像、影像的外方位元素(X、Y、Z)、相机参数、控制点数据、测区边界等。其中,数据处理过程中相机参数只用到了内方位元素(焦距)。为了提高数据处理精度,平差过程中对内方位元素进行了优化处理,并解算了镜头畸变参数。(5)三维模型优化。受分辨率、视线遮挡、目标运动、建筑物结构特殊性、弱纹理等因素的影响,模型成果中出现3D漏洞、模型扭曲、纹理缺失、模型粘连、孤立悬浮物等质量问题,影响实景三维模型的浏览效果,需要进行二次修复。从ContextCapture软件导出空三成果、OSGB格式模型、OBJ格式模型并导入DP Modeler软件,对测区内建筑物、构筑物等进行单体建模、贴图,并对测区实景进行修饰(包括单体模型删除、孔洞补全、边界切边等),最后将新建的单体模型与测区实景合并并导出为测区完整的精细化模型。(6)模型单体化。实景三维模型单体化采用矢量裁切得到,使用建筑物、道路、树木等对应的矢量面对倾斜摄影三维模型进行切割,从物理层面将连续的三角面片网分隔开,实现单体化。该方法可以实现将连片的模型真正分隔开,并对分割后的模型进行管理和操作。具体流程:利用不动产权籍数据进行编辑,提取要单体化建筑要素的面层(SHP),边缘适当外扩(5%~8%),在objtool中叠加至模型上,输入裁切命令并输出得到。4三维权籍调查数据库建设三维权籍数据库属性结构如表2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.06.026.T002表2三维权籍数据库属性结构属性名称属性描述数据类型字段长度mxbh模型编号(地籍编号)文本25height建筑物楼高浮点型—elevation建筑物底部高程浮点型—owner土地所有人文本100landuse土地用途文本60parcel_loc土地地址文本254zdszd东至(宗地四至)文本60zdszx西至(宗地四至)文本60zdszb北至(宗地四至)文本60zdszn南至(宗地四至)文本60三维模型数据入库前,用人工方法对城市实景三维模型数据进行检查和处理,对质量检查合格的数据利用数据格式转换插件CesiumLab进行数据格式转换,转换成3Dtiles格式,然后进行数据入库,导入到依据三维模型数据库结构设计建立的目录下,完成三维实景模型数据的入库。三维权籍调查数据库如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.06.026.F001图1三维权籍调查数据库将测区内所涉及的不动产宗地数据进行处理,形成宗地体数据,对宗地体数据和三维实景模型数据进行融合、切割,从而完成三维权籍调查库的建立。5结语与传统的三维建模方法相比,基于倾斜摄影测量的三维建模方法具有数据采集高效、快速、成本低等诸多特点。实景三维数据作为城市的本底数据,可结合专用管理系统,叠加城市矢量专题数据,进行POI兴趣点查询、定位,并实时存储至数据库,可为警务管理、案件定位以及实地情况调查等工作提供便利。目前实景三维建模技术已广泛应用于各行业,在城市精细化管理中,三维实景模型可以真实地反应地表所有信息及空间关系,在不动产登记中,可以将二维楼盘表中的层、户信息直观展示在分层分户的三维楼盘结构数据中,实现宗地、自然幢、房产楼盘表、不动产单元登记的空间统一,起到提效增速、优化流程的作用。

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