無人機傾斜攝影測量在城市建筑物竣工測量中的應用

宋佳

摘?要：隨著城市的發(fā)展，城市規(guī)劃在城市管理和建設中扮演著越來越重要的角色。規(guī)劃竣工驗收測量是規(guī)劃監(jiān)督測量的最后一個環(huán)節(jié)，是城市規(guī)劃行政主管部門進行建筑規(guī)劃竣工驗收的主要依據(jù)，具有權(quán)威性和法律意義。傾斜攝影測量技術(shù)是指通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從一個垂直、四個傾斜等5個不同的角度采集影像，該技術(shù)通過低空多視鏡頭攝影獲取高清立體影像數(shù)據(jù)，自動生成三維地理信息模型。

關(guān)鍵詞：無人機;測量;傾斜攝影

一、無人機傾斜攝影測量技術(shù)

（一）概況

無人機傾斜攝影測量的發(fā)展與無人機的發(fā)展密不可分，在無人機性能愈發(fā)成熟的前提下，傾斜攝影測量也成為目前測繪行業(yè)的熱門新技術(shù)之一。傾斜攝影測量的原理為：在同一飛行平臺上搭載高清數(shù)碼相機，同時從垂直、傾斜等不同角度拍攝高分辨率影像，選擇像控點校正影像偏移及變形，使用專業(yè)無人機數(shù)據(jù)處理軟件生成高分辨率正射影像及實景三維模型。生成的成果可以直觀地反映地形變化，準確地輔助內(nèi)業(yè)連線繪圖。

（二）技術(shù)特點

傳統(tǒng)測量方法依靠人力采集碎部點，在復雜地形區(qū)域，如無法攀登的懸崖、山坎，只能依靠全站儀的免棱鏡功能，但距離較遠的情況下，免棱鏡功能采集的碎部點質(zhì)量不高，坎和坡的走向常常不明確，導致內(nèi)業(yè)成圖難度上升。[1]而利用無人機可以在復雜地形作業(yè)，實用性強，生成的三維模型可以清晰地分辨地形，正射影像可以提供準確的坐標;無人機作業(yè)效率高，外業(yè)占總工作量的比例低，在很大程度上方便了復雜、困難地區(qū)的測量工作。

二、無人機傾斜攝影測量總體流程

傾斜攝影技術(shù)主要是從多方位全面地獲取地物信息，通過實時測量使工作人員熟悉和掌握地物的完整信息。獲取傾斜攝影數(shù)據(jù)是通過不同種類的飛行器和相機完成不同空間的信息采集，同時，根據(jù)比例尺和分辨率的要求，進行相應的影像采集。

（一）無人機選擇

在進行傾斜攝影前，需要選擇符合攝影要求的無人機。照片的數(shù)量和影像的質(zhì)量是決定傾斜攝影三維模型的2個因素，其中，照片的數(shù)量體現(xiàn)了對同一區(qū)域的覆蓋度;影像的質(zhì)量主要指目標物影像的分辨率和清晰度。為了獲得高質(zhì)量的建模效果，傾斜攝影的分辨率需要達到一定數(shù)值，一般地區(qū)攝影影像是選擇5～6 cm的像素分辨率，建筑區(qū)的則需要達到2～3 cm的像素分辨率，同時，照片的平均覆蓋度要達到重疊30°以上。

（二）傾斜攝影相機

固定式五鏡頭相機是市場上比較常見的傾斜攝影相機，是無人機傾斜攝影中不可缺少的儀器。在多次實際應用中發(fā)現(xiàn)，照片數(shù)量和相鄰航線飛行的間隔時間對建模效果存在一定的影響，為了獲得更理想的建模效果，可采用雙鏡頭擺動式傾斜攝影系統(tǒng)，同時該系統(tǒng)還具有成本低、質(zhì)量輕、操作簡便等優(yōu)點，因此，雙相機、三相位擺動結(jié)構(gòu)的傾斜攝影系統(tǒng)具有較高的性價比，適用于多旋翼無人機傾斜攝影[2]。

三、建筑物竣工測量數(shù)據(jù)處理

（一）竣工驗收資料處理

建筑物的轉(zhuǎn)折角通常是45度角或直角形式的拐角，實際測量計算得到的建筑物拐角坐標值和理論值之間存在一定的差異，但相關(guān)規(guī)范要求建筑物拐角的測量值應該與理論值保持一致。通常情況下，建筑物拐角主要包括陰角和陽角兩種形式。外業(yè)測繪過程中，假設棱鏡中心是O，拐角如果是陽角，則在實際測量過程中，可以通過角度偏心進行觀測，以T-E之間方向值、T-O之間距離值作為觀測值。如果拐角值是陰角，測繪過程中，通過角度偏心觀測，測量值便是F位置的觀測數(shù)據(jù)，如果距離偏心測繪速度不滿足測量要求，可以直接選擇O點觀測值，但該種情況下采集到的觀測數(shù)值會和預期數(shù)值之間存在一定誤差，此時，需要為該點編碼添加特定字母，表明該點存在誤差，內(nèi)業(yè)處理過程中便會結(jié)合編碼預測點位觀測權(quán)重，有效區(qū)分該碎部點屬性，是誤差點還是正確點。針對采集后的數(shù)據(jù)實施準確計算，獲得不同點坐標信息，結(jié)合建筑物實際形態(tài)，連接各個實測坐標點，以AUTOCAD平臺為基礎(chǔ)采用全站儀數(shù)據(jù)成圖系統(tǒng)，進行科學編碼實現(xiàn)自動化連線。明確建筑物方位，按照最長邊原則實施自動定位。從建筑物的現(xiàn)有方位邊入手，通過坐標解算得到建筑物臨邊夾角，采用數(shù)據(jù)庫自動匹配碎部點觀測權(quán)重，結(jié)合提前設定角度閾值計算拐角理論值。如果方位邊兩種端點之間存在明顯誤差點，則需要判斷和其相鄰的下一部分端點性質(zhì)。假如該點屬于正確點，則可以通過兩種正確點對中間誤差進行準確計算。返回起始邊閉合差如果不超限，按照距離分配誤差。該種情況下，拐角坐標通常與理論值之間存在一定誤差，但拐點已經(jīng)是十分接近最或然值。把建筑物各邊變成理論值方位邊，通過相交的臨近方位明確建筑物拐點。繪制相應的竣工測量平面圖，并將建筑和紅線、建筑和地物、各個竣工建筑之間的距離標識出來，針對單棟的竣工建筑需要將其細部尺寸詳細繪制出來。

（二）及時更新數(shù)字地圖

實時更新數(shù)字地圖，為后期補測奠定基礎(chǔ)。因為大部分建設單位通常都是建筑物竣工剛剛結(jié)束后，便要求實施竣工測量，導致建筑區(qū)域中的高程和附屬設施測量存在較大難度。針對這種狀況，需要在竣工測量過程中，保留部分固定位置上的高程點，如固定平臺上或墻體上的特征點，方便工程結(jié)束后實施補測。測繪附屬設施相關(guān)平面位置時，將建筑物角點作為控制點用以合理控制。保證建筑角點精確性，后期為了方便應用，需要在數(shù)字地形圖中進行明確標識，通過專門的顏色或圖層進行標注。[3]現(xiàn)有地形圖中設置有大量高精度的建筑物角點，后期測繪過程中，可以結(jié)合精度條件，準確測量建筑物角點，通過最小二乘原理，實施計算更正后，便可以獲得預期成果，提升工作效率，減小精度要求較低的測繪工作對于高等級控制點的依賴。

四、結(jié)語

利用多鏡頭傾斜攝影測量的一系列技術(shù)輔助城市小區(qū)竣工測量，是一種降低成本、改善工作環(huán)境、高效率、高精度的作業(yè)方式。通過將無人機航空傾斜攝影測量技術(shù)、GPS虛擬基站技術(shù)、五鏡頭聯(lián)合空三技術(shù)、實景三維建模技術(shù)、“傳統(tǒng)立體模型測圖”聯(lián)合“三維實景模型測圖”技術(shù)、室內(nèi)三維實景竣工要素拾取技術(shù)等多技術(shù)結(jié)合，有效實現(xiàn)了將外業(yè)工作搬到室內(nèi)來實現(xiàn)的愿景。這一方式的運用，使得外業(yè)測繪不再因為雨天耽誤工期，不再因為惡劣的工作環(huán)境傷害員工身體，是環(huán)保節(jié)能、高效、高精度的技術(shù)融合路線。傳統(tǒng)竣工測量與多鏡頭傾斜攝影測量技術(shù)的完美融合。

參考文獻：

[1]譚仁春，李鵬鵬，文琳，潘澄.基于無人機傾斜攝影的城市三維建模方法優(yōu)化[A]

[2]李頎.基于傾斜攝影技術(shù)在農(nóng)村房屋權(quán)籍調(diào)查測量中的應用[J].測繪與空間地理信息，2016，39（06）：182-183+186.

[3]李卉.無人機傾斜攝影測量應用于建筑物三維建模研究[D].遼寧工程技術(shù)大學，2015.