一种基于集群化精细三维模型的房地一体化测量方法

摘要

本发明提供一种基于集群化精细三维模型的房地一体化测量方法，其特征在于，包括：在待测区域布设多个像控点，并对所述多个像控点进行采集；规划搭载相机的无人机的航线；控制所述无人机根据规划的无人机的航线进行外业航飞；拍摄所述待测区域的照片；对所述待测区域的照片进行集群处理；重建精细化三维模型并生产正射影像图；以及根据所述精细化三维模型和所述正射影像图绘制所述待测区域的数字线划图。该基于集群化精细三维模型的房地一体化测量方法能够减少人员和费用投入、提高外业采集效率及提高精细化模型生产效率，从而加快房地一体化总体工作进程。

说明书

技术领域

本发明实施例涉及地籍测量领域，特别是涉及一种基于集群化精细三维模型的房地一体化测量方法。

背景技术

目前房地一体化测量主要有两种方法，第一种是常规人工测量方式，外业测量人员采用GPS-RTK和全站仪相结合的方法采集农村地籍数据。这种方法采集到的数据精度高、结果准确。第二种是无人机倾斜摄影测量方法，外业人员利用无人机采集测区原始照片，后期通过建模软件生成三维模型和正射影像，进行内业判读和外业调绘获取测区的房地数据。这种方法节省人力，采集效率高，无人机通过非接触式测量，规避了宅基地入户测量的难题，能极大缩短外业协同作业，将大量外业工作转变成内业作业。

常规人工测量方法工作繁琐，对外业测量人员专业性要求高，人员需求量大，入户测量难度高，采集周期长，成本高。无人机倾斜摄影测量方法建模速度慢，跟不上外业采集的速度，导致内业判读工期拖延，影响整体项目进度。

发明内容

本发明提供一种基于集群化精细三维模型的房地一体化测量方法，其能够减少人员和费用投入、提高外业采集效率及提高精细化模型生产效率，从而加快房地一体化总体工作进程。

在本发明的第一个方面，本发明的一个实施例提供了一种基于集群化精细三维模型的房地一体化测量方法，其特征在于，包括：

在待测区域布设多个像控点，并对所述多个像控点进行采集；

规划搭载相机的无人机的航线；

控制所述无人机根据规划的无人机的航线进行外业航飞；

拍摄所述待测区域的照片；

对所述待测区域的照片进行集群处理；

重建精细化三维模型并生产正射影像图；以及

根据所述精细化三维模型和所述正射影像图绘制所述待测区域的数字线划图。

在本发明的另一个实施例中，所述在待测区域布设多个像控点，包括：

在所述待测区域为规则区域的情况下，在所述待测区域的四个角点分别布设至少一个像控点，在所述待测区域内的其他位置按照三角网布设像控点。

在本发明的另一个实施例中，所述在待测区域布设多个像控点，包括：

在所述待测区域为非规则区域的情况下，在所述待测区域内均匀加密布设所述多个像控点。

在本发明的另一个实施例中，所述像控点为十字形标靶或三角形标靶。

在本发明的另一个实施例中，所述规划搭载相机的无人机的航线，包括：

根据所述无人机的飞行高度、飞行速度、航向和旁向重叠率、地面分辨率和待测区域外扩距离来规划所述无人机的航线。

在本发明的另一个实施例中，在所述拍摄所述待测区域的照片之后，所述对所述待测区域的照片进行集群处理之前，所述方法还包括：

获取所述相机的pos数据，并将所述相机的pos数据写入所述待测区域的所述照片中。

在本发明的另一个实施例中，在所述拍摄所述待测区域的照片之后，所述对所述待测区域的照片进行集群处理之前，所述方法还包括：

对所述待测区域的所述照片进行匀光匀色处理。

在本发明的另一个实施例中，所述重建精细化三维模型并生产正射影像图，包括：

对集群处理后的所述待测区域的图片执行图片预处理、像控点纠正、空三加密、三维重建操作，重建所述精细化三维模型并生产所述正射影像图。

在本发明的另一个实施例中，所述根据所述精细化三维模型和所述正射影像图绘制所述待测区域的数字线划图，包括：

根据所述精细化三维模型和所述正射影像图绘制所述待测区域的房屋平面图和地籍要素，以得到所述待测区域的数字线划图。

在本发明的另一个实施例中，在所述根据所述精细化三维模型和所述正射影像图绘制所述待测区域的数字线划图之后，所述方法还包括：

执行外业调绘和补测，以更新所述数字线划图。

本发明的实施例提供的基于集群化精细三维模型的房地一体化测量方法，在待测区域布设多个像控点，并对所述多个像控点进行采集；规划搭载相机的无人机的航线；控制所述无人机根据规划的无人机的航线进行外业航飞；拍摄所述待测区域的照片；对所述待测区域的照片进行集群处理；重建精细化三维模型并生产正射影像图；以及根据所述精细化三维模型和所述正射影像图绘制所述待测区域的数字线划图。该基于集群化精细三维模型的房地一体化测量方法依据无人机采集的数据进行集群化精细三维建模，通过内业判读获取农村房地信息，既能达到常规人工测量的精度要求，还能够减少外业作业人员，通过内业完成大部分采集工作，外业采集和内业处理批量化进行，减少了人员和费用投入，加快了房地一体化总体工作进程。此外，无人机搭载相机执行任务，准备时间短、操作简便，随时可以起飞，极大的提高外业采集效率。进一步的，通过服务器集群设置可以极大的提高精细化模型生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一个实施例提供的基于集群化精细三维模型的房地一体化测量方法的流程示意图。

图2为本发明的一个实施例提供的像控点示意图。

图3为本发明的另一个实施例提供的像控点示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面以具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

基于现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种基于集群化精细三维模型的房地一体化测量方法，依据无人机采集的数据进行集群化精细三维建模，通过内业判读获取农村房地信息，既能够达到常规人工测量的精度要求，还能够减少外业作业人员，通过内业完成大部分采集工作，外业采集和内业处理批量化进行，减少了人员和费用投入，加快了房地一体化总体工作进程。

图1为本发明的一个实施例提供的基于集群化精细三维模型的房地一体化测量方法的流程示意图。本发明实施例提供一种基于集群化精细三维模型的房地一体化测量方法的执行主体可以为基于集群化精细三维模型的房地一体化测量系统。该基于集群化精细三维模型的房地一体化测量系统包括无人机（例如多旋翼无人机）、相机（例如五镜头倾斜相机）和基于集群化精细三维模型的房地一体化测量装置。该基于集群化精细三维模型的房地一体化测量装置可以通过软件和/或硬件的方式实现，其中，硬件例如为处理器或电子设备，软件例如为计算机程序指令或应用程序等。该基于集群化精细三维模型的房地一体化测量装置可以为一独立的电子设备，或者，该基于集群化精细三维模型的房地一体化测量装置可以集成在电子设备中。其中，电子设备例如是计算机。

如图1所示，基于集群化精细三维模型的房地一体化测量方法，包括：

S101、在待测区域布设多个像控点，并对所述多个像控点进行采集。

在本发明的一个实施例中，基于集群化精细三维模型的房地一体化测量装置通过地图客户端找到农村待测区域边界，划定好待测区域范围，提前在地图上布设多个像控点。然后，根据布设好的该多个像控点，导出kml文件给外业人员。需要注意的是，一般在无人机航飞前做好像控点的布设工作。接着，利用全球定位系统实时动态测量（Global PositionSystem-Real Time Kinematic, GPS-RTK）作业模式采集像控点。

在本发明的一个实施例中，地籍测量精度要求为1：500，相邻两个像控点之间的间距为80-120m。

在本发明的一个实施例中，基于集群化精细三维模型的房地一体化测量装置可以根据待测区域范围统一布设像控点。应当注意的是，在待测区域布设的多个像控点的点位分布应均匀、立体，避免以近似直线的方式布设相邻的几个像控点。

此外，一般应避免将像控点布设在遮挡严重的位置，例如房檐下、树下等。

进一步地，在具有高度相差较大的建筑的位置布设的像控点的数量应大于具有高度相近的建筑的位置布设的像控点的数量。

在本发明的一个实施例中，基于集群化精细三维模型的房地一体化测量装置可以采用规则测区布设方案在待测区域布设多个像控点。具体地，在待测区域为规则区域的情况下，在待测区域的四个角点分别布设至少一个像控点，也就是说，保证四个角点有像控点控制最外围，然后，可以在待测区域内的其他位置严格按照三角网布设像控点，保证相邻三个像控点之间间隔均匀。

在本发明的一个实施例中，基于集群化精细三维模型的房地一体化测量装置可以采用非规则测区布设方案在待测区域布设多个像控点。具体地，在待测区域为非规则区域的情况下，在待测区域内均匀加密布设多个像控点，以使待测区域的外围连线之间的像控点尽可能覆盖整个待测区域。

在本发明的一个实施例中，如图2所示，其为本发明的一个实施例提供的像控点，优先采用十字形标靶作为像控点，该十字形标靶长80cm，宽3cm。

在本发明的一个实施例中，如图3所示，其为本发明的另一个实施例提供的像控点，也可以采用三角形标靶作为像控点，该三角形标靶长70cm,宽40cm。

在本发明的一个实施例中，基于集群化精细三维模型的房地一体化测量装置对每个像控点进行多次测量，将多次测量的结果取平均值，从而实现像控点的采集，如此能够保证像控点测量精度。例如，可以对每个像控点进行三次测量。

在本发明的一个实施例中，基于集群化精细三维模型的房地一体化测量装置在对每个像控点进行一次测量之后，断开RTK重连，对该像素点的该次测量结果进行平滑处理，以保证像控点采集精度。

S102、规划搭载相机的无人机的航线。

在本发明的一个实施例中，所述规划搭载相机的无人机的航线，包括：

根据所述无人机的飞行高度、飞行速度、航向和旁向重叠率、地面分辨率和待测区域外扩距离来规划所述无人机的航线。

具体地，基于集群化精细三维模型的房地一体化测量装置通过设定搭载相机（例如五镜头倾斜相机）的无人机（例如多旋翼无人机）的飞行高度、飞行速度、航向和旁向重叠率、地面分辨率和待测区域外扩距离等基本信息，然后提交保存来实现无人机航线的规划，该航线规划简便。

在本发明的一个实施例中，上述无人机可以是大疆M300RTK多旋翼无人机，该无人机搭载的相机可以是赛尔102s五镜头倾斜相机，该相机焦距为35mm,采集的照片分辨率为6000px×4000px。应当注意的是，本发明还可以采用其他的品牌和型号的无人机和相机。

在本发明的一个实施例中，使用DJI PiloT进行航线规划。在地籍测量精度要求为1：500的情况下，可以将飞行高度设置在96m以下，如此可以保证地面分辨率在1.5cm之内，并避开高大建筑和高压线。由于飞行速度太慢，作业效率就会变低，飞行速度过快，拍照间隔有限，不能保证照片重叠率，因此可以将飞行速度保持在10-12m/s。此外，由于重叠率足够大可以达到比较好的建模效果，因此可以将将航向重叠率设置为80-85%，旁向重叠率设置为75-80%。进一步地，可以根据航飞高度来设置待测区域外扩距离。应当注意的是，应至少保证外扩一个航高的距离，这样待测区域最外围建筑物立面才会完整。

应当注意的是，在航线规划之前应仔细观察待测区域范围内的高压线、高楼、信号塔、塔吊等危险建筑，以在规划航线的时候尽量避开这些危险建筑。若实在无法避开这些危险建筑，可以使用精灵4RTK无人机进行空中测高，然后分区域进行航线规划。在航线规划的过程中，按照正常的规划方式规划无人机在非危险区域的航线，而对于无人机在危险区域的航线需要根据高度测量结果对无人机航线进行加高处理，并保证和无人机在非危险区域的航线有3条以上航线重合。应当注意的是，这些重合的航线只是在平面位置上重合，但航高是不一样的。

S103、控制所述无人机根据规划的无人机的航线进行外业航飞。

在本发明的一个实施例中，基于集群化精细三维模型的房地一体化测量装置控制无人机根据规划好的航线，到待测区域内的合适起飞场地执行无人机航飞任务。

S104、拍摄所述待测区域的照片。

在本发明的一个实施例中，通过无人机搭载的相机拍摄所述待测区域的照片。

S105、对获取的所述待测区域的所述照片进行集群处理。

采用无人机倾斜摄影测量方法进行房地一体化测量，一个小的自然村照片数据通常有几十个G，数据量十分巨大，普通计算机处理起来费时费力，也不能及时备份。集群化摄影处理工作站是单机处理的几十倍，并可以将数据随时备份，后期也可以随时进行重新处理。虽然市面上很多计算机集群配置很高，但处理能力还是低下，不能很好地发挥集群的效果，因此需要专业化的集群配置才能充分发挥计算机集群高效处理的优势。

为此，在本发明的一个实施例中，通过基于集群化精细三维模型的房地一体化测量装置中的计算机来对获取的所述待测区域的所述照片进行集群处理。

在对获取的所述待测区域的所述照片进行集群处理之前，需要构建集群化处理系统，构建集群化处理系统的过程包括：前期准备、磁盘共享操作和工程搭建。

前期准备包括：购买前述戴尔图形工作站，对于集群处理的从机，都选择相同的内存大小，优选地通过统一采购。配置好光纤网络，将所有工作站连接至同一局域网中，使用千兆交换机。所有工作站统一安装同样版本的操作系统和模型处理软件。

磁盘共享操作包括：分别将两台服务器的非系统盘进行磁盘共享,优选地是固态硬盘，如此可以发挥最佳性能。然后打开所有工作站的网络共享功能，使从机能够访问共享盘。

工程搭建包括：从网络共享盘进入新建项目文件夹，在项目文件夹下新建工程文件夹project、照片文件夹photos和工作路径文件夹jobs。集群主机Center Master软件工程选项中的通用命名规约（Universal Naming Conversion, UNC）路径优选地设置为网络共享盘路径，任务序列目录设置为本地路径，Center Settings软件中任务序列路径设置为本地路径；集群从机Center Settings软件中任务序列路径设置为主机网络共享盘路径。

具体地，将性能最好的主机（优选地作为服务器）集群配置，选内存较大的非系统盘作为共享盘，群组内的其他计算机能够访问该共享盘路径，并在该盘指定主机引擎路径。一个集群计算机数量控制在20台以内，超过20台可能受计算机数连接限制。

在本发明的一个实施例中，可以选用例如戴尔图形工作站进行集群化处理，并选用256G和128G内存的服务器分别作为两个集群的集群主机。256G内存的服务器作为较大村庄的集群主机，128G内存的服务器作为较小村庄的集群主机。并准备50T的云存储进行房地一体化项目照片文件和工程数据备份。

在本发明的一个实施例中，在所述拍摄所述待测区域的照片之后，所述对所述待测区域的照片进行集群处理之前，所述方法还包括：

获取所述相机的pos数据，并将所述相机的pos数据写入所述待测区域的所述照片中。

具体地，基于集群化精细三维模型的房地一体化测量装置获取相机的pos数据，并将相机的pos数据写入待测区域的照片中，一起拷贝到基于集群化精细三维模型的房地一体化测量装置中的计算机上。

其中，相机的pos数据主要包括相机曝光点的经纬度坐标(Longitude、Latitude)、高程、相机姿态角（偏航角Yaw、俯仰角Pitch、翻滚角Roll）等参数。经纬度坐标和高程用来确定曝光点的具体位置，相机姿态角参数用来纠正因相机在拍摄过程中晃动带来的位置偏差。相机的pos数据主要应用在重建精细化三维模型初期执行的空三加密处理过程中，能够极大的提高实景三维模型精度。

在本发明的一个实施例中，可以使用赛尔航测管家软件将pos写入待测区域的照片进行导出。如此，不需要单独导出pos信息，减少了pos写入待测区域的照片的步骤。软件具备生成工程文件的功能，工程文件中包含图片索引和pos数据，可直接导入建模软件，不需要人工将待测区域的照片加入到软件中，减少了大量基础性工作，提高数据处理速度。

在本发明的另一个实施例中，可以采用其他的软件来将pos写入待测区域的照片进行导出。只要该软件能够将pos写入待测区域的照片进行导出，本发明对此不作限定。

在本发明的一个实施例中，在所述拍摄所述待测区域的照片之后，所述对所述待测区域的照片进行集群处理之前，所述方法还包括：

对所述待测区域的所述照片进行匀光匀色处理。

具体地，如果相机拍摄的照片是随机命名的，则为了后续处理的便利性，需要对相机拍摄的待测区域的照片进行批量改名。

此外，由于光线以及拍摄角度等问题，所获取的待测区域的照片可能存在效果不好的照片。为此，需要对这些效果不好的照片进行预处理，以优化这些照片。具体地，观察拍摄的照片，对效果不好的照片进行匀光匀色处理。例如，将单张照片导入画图软件，例如Photoshop软件，新建一个能够对该照片进行匀光匀色处理的动作按钮，记录并保存处理过程，从而形成一个匀光匀色处理控件，然后，将效果不好的照片批量地输入该画图软件，并使用该匀光匀色处理控件对效果不好的照片进行批处理操作以完成照片优化。

S106、重建精细化三维模型并生产正射影像图。

在本发明的一个实施例中，所述述重建精细化三维模型并生产正射影像图，包括：

对集群处理后的所述待测区域的图片执行图片预处理、像控点纠正、空三加密、三维重建操作，重建所述精细化三维模型并生产所述正射影像图。

具体地，基于集群化精细三维模型的房地一体化测量装置利用三维模型生产软件经过对待测区域的图片执行图片预处理、像控点纠正、空三加密、三维重建等步骤，完成精细化三维模型重建和正射影像图生产工作。

在本发明的一个实施例中，为了进行批量化生产，空三加密之前的流程可以在群组内的其他计算机上完成，将空三结果导出，放在集群主机进行三维重建工作，可以极大的提高模型生产效率。

在本发明的一个实施例中，待测区域的像控点的刺点误差应该控制在一个像元内。若待测区域的像控点不满足要求，则对该像控点进行重新处理。

在本发明的一个实施例中，基于集群化精细三维模型的房地一体化测量装置采用Bentley公司ContextCapture模型处理软件重建精细化三维模型并生产正射影像图。具体操作如下：

（1）新建工程：在集群主机上新建工程，工程路径选择网络共享路径后打开CenterMaster软件。

（2）导入待测区域的图片和相机的pos数据：在新建的工程里导入待测区域的图片，输入相机参数，并导入pos数据。若使用赛尔航测管家导出的工程文件，直接在新建工程中导入工程文件即可替代上述操作步骤。

（3）空三处理：提交空中三角测量处理，使用照片位置数据进行精确配准。

（4）像控点纠正：待空三处理结束后导入像控点文件，根据像控点位置标记像控点，进行像控点位置纠正，再提交一遍空中三角测量处理，使用控制点进行平差。根据平差结束的空三结果导出空三报告，检查空三精度，像控点刺点误差应该控制在一个像元内。若待测区域的像控点不满足要求，则对该像控点进行空三处理。

（5）三维重建：在集群主机跑完空三或导入空三结果后，提交新建重建项目，在空间框架内选择正确的坐标系，在切块处选择规则平面格网切块，调整瓦片大小，使得重建需要的内存小于并且接近于集群从机的内存，同时要给系统运行留有充足的内存空间。根据测区kml选择模型生产区域，提交新的生产项目，选择模型类型（例如可以选择3D mesh选项下的osgb格式）和坐标系，提交生产后打开集群主机的Center Engine，将规划好的集群从机的Center Engine都打开，等待集群三维模型产品生产。

（6）正射影像图生产：在完成三维重建后，可以在此基础上提交新的生产项目，选择Orthophoto/DSM选项，并选择与三维模型相同的坐标系，提交生产后打开集群主机的Center Engine，将规划好的集群从机的Center Engine都打开，等待集群正射影像图产品生产。

应该注意的是，每个集群中计算机台数最多为20台，超过20台可能受计算机数连接限制，即使再增加计算机台数，也不会增加引擎数。

S107、根据所述精细化三维模型和所述正射影像图绘制所述待测区域的数字线划图。

在本发明的一个实施例中，所述根据所述精细化三维模型和所述正射影像图绘制所述待测区域的数字线划图，包括：

根据所述精细化三维模型和所述正射影像图绘制所述待测区域的房屋平面图和地籍要素，以得到所述待测区域的数字线划图。

具体地，将重建的精细化三维模型和生产的正射影像图分别导入采集软件中，进行房屋平面图和地籍要素等的绘制工作，最终完成待测区域的数字线划图的绘制。

具体地，采集软件可以是清华山维EPS软件和南方CASS3D软件。将重建的精细化三维模型.osgb文件转换为.dsm文件，通过加载倾斜模型功能将三维模型加入到右边窗口，通过加载超大影像功能将正射影像图加入到左边窗口，通过双窗口联动功能，根据1:500的地籍调查绘图规则将三维模型数据绘制成二维线划图，从而得到待测区域的数字线划图。

在本公开的一个实施例中，在所述根据所述精细化三维模型和所述正射影像图绘制所述待测区域的数字线划图之后，该方法还包括：

执行外业调绘和补测，以更新所述数字线划图。

在本申请的一个实施例中，由于树木遮挡，某些房屋的结构复杂，以及在采集的农村房地数据中，与某些房屋对应的模型不清楚等原因，需要外业人员用全站仪执行外业调绘和补测，以更新数字线划图中的房屋信息，从而提高数字线划图的精确度。

本发明的实施例提供的基于集群化精细三维模型的房地一体化测量方法，在待测区域布设多个像控点，并对所述多个像控点进行采集；规划搭载相机的无人机的航线；控制所述无人机根据规划的无人机的航线进行外业航飞；拍摄所述待测区域的照片；对所述待测区域的照片进行集群处理；重建精细化三维模型并生产正射影像图；以及根据所述精细化三维模型和所述正射影像图绘制所述待测区域的数字线划图。该基于集群化精细三维模型的房地一体化测量方法依据无人机采集的数据进行集群化精细三维建模，通过内业判读获取农村房地信息，既能达到常规人工测量的精度要求，还能够减少外业作业人员，通过内业完成大部分采集工作，外业采集和内业处理批量化进行，减少了人员和费用投入，加快了房地一体化总体工作进程。此外，无人机搭载相机执行任务，准备时间短、操作简便，随时可以起飞，极大的提高外业采集效率。进一步的，通过服务器集群设置可以极大的提高精细化模型生产效率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。