應(yīng)用傾斜攝影測量技術(shù)的規(guī)劃竣工測量流程和精度分析

王永辰

摘要：傾斜攝影測量技術(shù)是近年來測繪領(lǐng)域發(fā)展起來的高新技術(shù)之一。本文結(jié)合低空無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)，進(jìn)行北京房山某小區(qū)竣工測量測繪，獲取了高精度三維模型，并對無人機(jī)傾斜攝影測量成果進(jìn)行平面測量誤差、高程測量誤差和間距測量誤差精度驗證，結(jié)果表明，測繪精度達(dá)到了竣工測量的主要技術(shù)指標(biāo)要求，為建設(shè)項目驗收“最多跑一次”提供了先進(jìn)的技術(shù)手段。

關(guān)鍵詞：傾斜攝影測量 規(guī)劃竣工測量 精度 誤差

Process and Accuracy Analysis of Planning Completion Survey Based on Tilt Photogrammetry

WANG Yongchen

（State Owned Land Secondary Market Transaction Service Center of Fangshan District， Beijing， 102488 China）

Abstract： Tilt photogrammetry is one of the high and new technologies in the field of surveying and mapping in recent years. In this paper， combined with the low altitude UAV tilt photogrammetry technology， the completion survey of a residential area in Fangshan， Beijing is carried out， and the high-precision three-dimensional model is obtained. The plane measurement error， elevation measurement error and spacing measurement error accuracy of the UAV tilt photogrammetry results are verified. The results show that the mapping accuracy meets the main technical index requirements of the completion survey. It has provided advanced technical means for "run at most once" of construction project acceptance.

Key Words： Tilt photogrammetry; Planning completion survey， Accuracy; Error

隨著低空無人機(jī)測繪技術(shù)的發(fā)展，越來越多的測繪地理信息工程采用無人機(jī)測繪，大大提高了測圖效率，節(jié)省了大量的人力物力。作為一種新的測繪技術(shù)手段，無人機(jī)測繪在傳統(tǒng)測繪領(lǐng)域已得到了廣泛的應(yīng)用，其精度基本滿足規(guī)范要求，尤其是在大面積困難復(fù)雜地區(qū)地形圖測繪中，能充分發(fā)揮其快速高效的測圖優(yōu)勢，因此成為測繪領(lǐng)域研究的焦點(diǎn)之一[1]。近年來隨著技術(shù)研究的進(jìn)展，出現(xiàn)了低空無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)（ UAV Oblique Photography Technique，UAVOPT） ，它是利用低空無人機(jī)平臺搭載 5 組傳感器鏡頭，分別從一個垂直、4 個傾斜角度同時獲取高分辨率影像的一種測量方法，其優(yōu)點(diǎn)是具有快速成像和數(shù)據(jù)自動化處理能力，可實現(xiàn)單張影像量測。由于無人機(jī)傾斜攝影測量具有超高數(shù)據(jù)處理效率和紋理信息，目前在測繪各領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用，如常規(guī)地形測量、不動產(chǎn)測量、數(shù)字三維校園、規(guī)劃竣工測量等[2]。本文結(jié)合低空無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)，進(jìn)行北京房山某小區(qū)竣工測量測繪，獲取了高精度三維模型，為建設(shè)項目驗收“最多跑一次”提供了先進(jìn)的技術(shù)手段。

1 無人機(jī)傾斜攝影測量

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)是一項發(fā)展較快的新興技術(shù)。通過在無人機(jī)飛行平臺上攜帶一組多個傳感器，可以從五個不同的角度獲取地面圖像，包括垂直和傾斜。其中，垂直于地面一組以一定角度拍攝的照片為正片，另外4組與地面成一定角度拍攝的照片為斜片。來自不同攝影站的正片和斜片疊加在一起，形成覆蓋測區(qū)的傾斜攝影測量圖像。利用內(nèi)外方位元素還原正片和斜片的幾何空間姿態(tài)，進(jìn)行地物的3D建模和制圖。

與傳統(tǒng)的正射影像不同，傾斜攝影測量影像可以從多個角度捕捉地物，充分反映地物的真實情況，增加信息量[3]。通過應(yīng)用軟件，可以進(jìn)行基于傾斜圖像的單幅圖像測量，也可以根據(jù)測量結(jié)果直接測量長度、高度、角度、面積、坡度等參數(shù)。傾斜攝影實現(xiàn)了模型紋理采集的一體化，有效降低了數(shù)字3D城市建模的成本。此外，基于應(yīng)用軟件的傾斜圖像易于在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)布，可以實現(xiàn)模型的訪問和交換。

2 規(guī)劃竣工測量

2.1 竣工實驗工程

完成的調(diào)查項目是北京房山的一個住宅小區(qū)。社區(qū)總規(guī)劃面積0.023km2（以建設(shè)項目規(guī)劃許可證圖中所示總面積計算），其中建筑面積4833.24m2。根據(jù)竣工測量要求，對GNNS-RTK地圖的3個圖根控制點(diǎn)進(jìn)行放置和測量;進(jìn)行0.037 km2的數(shù)字地形竣工測量和2.99 平方公里的四級水準(zhǔn)測量;確定建筑物（構(gòu)筑物）特征點(diǎn)1879個點(diǎn)，地形測量平面坐標(biāo)系采用北京2000坐標(biāo)系，高程基準(zhǔn)采用1985年國家高程基準(zhǔn)，測繪比例為1：500，測繪軟件采用南方CASS 9.1地形地籍測繪軟件。通過對特征點(diǎn)進(jìn)行驗證測量、建筑物標(biāo)高測量和規(guī)劃建設(shè)面積計算，將社區(qū)竣工測量結(jié)果與規(guī)劃數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，分析其等級是否符合終止條件。

竣工測量實施時，利用低空無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)對小區(qū)已建成項目進(jìn)行航拍和內(nèi)部數(shù)據(jù)處理，獲得小區(qū)高精度三維可測模型，協(xié)助完成小區(qū)規(guī)劃竣工測量。

2.2 無人機(jī)傾斜攝影平臺

竣工工程傾斜攝影測量采用的是飛馬 D200 高精度測無人機(jī)，機(jī)身重7.5 kg，單架次海平面懸停時間48min，巡航速度13.5m/s，飛馬D200水平精度為1cm+1×10-6mm，垂直精度為2cm+1×10-6mm，支持PPK、RTK及其融合作業(yè)模式，在地物特征豐富的條件下可實現(xiàn)1∶500免控測圖。D200搭載D-OP300傾斜模塊，該模塊配備5組SONY ILCE-6000相機(jī)，每個傳感器尺寸為23.5mm×15.6mm，有效像素2400萬，傾斜角度45°，其中下視鏡頭焦距25mm，斜視鏡頭焦距35mm[4]。D200配備無人機(jī)管家專業(yè)軟件，可實現(xiàn)航線規(guī)劃、空三解算、DOM、DEM、DSM、TDOM和真三維模型獲取。

2.3 像控點(diǎn)布設(shè)

無人機(jī)傾斜攝影測量采用的平面、高程基準(zhǔn)與竣工測量測圖基準(zhǔn)一致，為了提高三維建模精度，將航高設(shè)計為允許最低值，有利于像控點(diǎn)的識別和高精度紋理獲取[5]。測區(qū)內(nèi)較為平坦，因此選擇成像清晰的塊狀地物拐角點(diǎn)作為像控點(diǎn)，實驗工程選取地面角點(diǎn)清晰處為像控點(diǎn)，地面角點(diǎn)不明顯處和樓頂面采用油漆噴涂的方式繪制人工角點(diǎn)，測區(qū)內(nèi)總計布設(shè)25個像控點(diǎn)，其中19個為控制點(diǎn)，6個為檢查點(diǎn)。像控點(diǎn)選定后，利用GPS-RTK進(jìn)行平面高程控制測量，觀測時始終保持同步鎖定6顆以上衛(wèi)星，PDOP值小于6，流動站距離參考站平均距離800m，經(jīng)精度評定，觀測成果的平面、高程點(diǎn)位中誤差分別為±3cm、±4.5cm，滿足精度要求。

2.4 外業(yè)航空攝影

外業(yè)航攝主要進(jìn)行飛行控制系統(tǒng)檢查和航線設(shè)計。飛行前，對飛行控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件進(jìn)行檢查，如舵機(jī)、空速和風(fēng)門，以及系統(tǒng)供電模塊、GPS和遙控器等配件進(jìn)行全檢，并在檢測后進(jìn)行路線參數(shù)設(shè)計。使用搭載飛馬D200的專業(yè)無人機(jī)管理軟件，項目使用的飛行參數(shù)為：航向重疊80%，旁向重疊65%，傾角小于12°，旋偏角小于15°，航線彎曲度小于1.5 %。為了獲得更精確的低空數(shù)據(jù)，飛行高度設(shè)計為135 m，基高比為0.36，地面分辨率為0.04 m。無人機(jī)在野外飛行了15條帶，每個鏡頭組拍攝了278幅圖像，共拍攝了1390張正斜面航拍照片。實地飛行結(jié)束后進(jìn)行了現(xiàn)場質(zhì)量檢查，結(jié)果表明航拍質(zhì)量高，無需額外飛行。

2.5 三維建模

基于現(xiàn)場獲得的POS數(shù)據(jù)、傾斜影像數(shù)據(jù)和地形影像控制數(shù)據(jù)，在ContextCapture軟件中構(gòu)建新項目進(jìn)行三維建模。實驗中采用多基線特征匹配技術(shù)，結(jié)合POS數(shù)據(jù)生成連接點(diǎn)，使用25個像控點(diǎn)。執(zhí)行區(qū)域網(wǎng)平差以完成空中三角測量并計算每個圖像的外方位元素。軟件提供的并行算法用于像素級特征匹配，生成DSM點(diǎn)云。為了減少數(shù)據(jù)冗余，在DSM 點(diǎn)云中構(gòu)建了一個TIN，并根據(jù)圖像數(shù)據(jù)修改了TIN的內(nèi)部規(guī)格，生成了一個TIN矢量模型。使用ContextCapture將模型區(qū)域劃分為多個tile，合成一個任務(wù)分配給每個節(jié)點(diǎn)，將TIN模型和圖像紋理無縫結(jié)合，建立具有多個細(xì)節(jié)的真實3D LOD場景模型。經(jīng)過以上處理后，住宅區(qū)三維模型如圖1（a）所示。從圖中不難發(fā)現(xiàn)，住宅區(qū)三維模型沒有歪懸、破洞，也不缺乏質(zhì)感，建模精度高。

為了優(yōu)化模型，提高精度，將模型導(dǎo)入DP-Modeler進(jìn)行房檐校正等優(yōu)化過程，以達(dá)到最佳精度和逼真效果。細(xì)化后的模型在ContextCapture中導(dǎo)出為ESRI I3S格式，實現(xiàn)社區(qū)三維模型的模型探索、建筑選擇、距離測量、面積測量、坐標(biāo)測量、三角測量等功能。圖1（b）為平臺環(huán)境下居住區(qū)的建筑選擇和坐標(biāo)測量功能。突出顯示的建筑物為選定的完工建筑物，圓環(huán)上的點(diǎn)為建筑物拐角處特征點(diǎn)的平面坐標(biāo)。由以上分析可知，基于無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)對該住宅區(qū)進(jìn)行3D建模，可以完成竣工測量，其模型精度滿足建設(shè)工程竣工試驗的建模要求，是傳統(tǒng)規(guī)劃竣工測量的有效手段。

3精度分析

所構(gòu)建的測量精度包括3個要求：特征點(diǎn)相對于相鄰平面控制點(diǎn)的位置誤差、特征點(diǎn)與相鄰特征點(diǎn)之間的距離誤差、高程中誤差。為驗證無人機(jī)傾斜攝影測量得到的平面精度、高程精度和特征點(diǎn)間距精度，在試驗中測試了105個平面特征點(diǎn)、52個高程點(diǎn)和36個點(diǎn)距。實驗。天宇府住宅區(qū)的特色。經(jīng)驗證，105個平面特征點(diǎn)中58個為主特征點(diǎn)，47個為次特征點(diǎn); 52個高程點(diǎn)中，17個位于小區(qū)外層，19個位于樓頂，16個位于護(hù)墻;主要從拐角特征點(diǎn)、道路兩側(cè)明顯的特征點(diǎn)、紅線界址點(diǎn)之間的距離選取36個間距。通過將無人機(jī)獲取的平面和高程點(diǎn)與全站儀的地形數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，比較地物間的距離和現(xiàn)場鋼尺測量距離，計算精度。

平面測量誤差為0.039m，小于±0.05m。高程誤差為±0.117m，小于±0.15m。距離誤差與高程誤差計算類似，0.043m≤0.05m。因此，無人機(jī)傾斜攝影測量應(yīng)用，其平面測量、高程測量和測距精度滿足竣工測量要求。但由于無人機(jī)只能在露天進(jìn)行航測，部分已完成的勘測項目，如施工區(qū)核查、綜合管線勘察等無法實測，復(fù)雜測區(qū)無人機(jī)測繪存在盲區(qū)。因此，因此，無人機(jī)竣工測量只能作為竣工測量輔助手段，不能獨(dú)立完成竣工測量[6]。

4結(jié)語

運(yùn)用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)，對該住宅小區(qū)規(guī)劃竣工測量進(jìn)行了竣工輔助測繪。利用ContextCapture軟件建立了小區(qū)高精度實景三維模型并完成網(wǎng)頁上載，實現(xiàn)了小區(qū)三維可視化量測。本文對無人機(jī)傾斜攝影測量成果進(jìn)行平面測量誤差、高程測量誤差和間距測量誤差精度驗證，結(jié)果表明，測繪精度達(dá)到了竣工測量的主要技術(shù)指標(biāo)要求，為建設(shè)項目驗收“最多跑一次”提供了先進(jìn)的技術(shù)手段。然而，對于無人機(jī)難以到達(dá)地區(qū)或攝影存在死角的情形，無人機(jī)傾斜攝影竣工測量受到限制，因此，目前無人機(jī)竣工測量只能完成部分項目，而不能完成所有竣工測量任務(wù)，因此，無人機(jī)傾斜攝影測量可作為規(guī)劃竣工測量的一種有效輔助手段，無法完全替代常規(guī)竣工測量方法。

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