無人機傾斜攝影測量在建筑規劃竣工測繪中的應用

陳昕

(福州市勘測院，福建 福州 350108)

無人機傾斜攝影測量在建筑規劃竣工測繪中的應用

陳昕*

(福州市勘測院，福建 福州 350108)

傾斜攝影測量技術作為一個新興的測繪技術方法，在三維建模、智慧城市建設等方面已經有較為廣泛的應用，但在工程測量領域應用較少。本文針對福州市建筑規劃竣工測繪的要求，提出了利用無人機傾斜攝影測量進行規劃竣工測繪的方法，并通過實際生產驗證其有效性和適用性。

無人機；傾斜攝影測量；建筑規劃竣工測繪；地形圖

1 引 言

隨著社會發展和城市規劃管理水平的不斷提高，傳統的基于二維的數據已逐步難以滿足高水平城市規劃管理的需求。近年來，三維規劃方案審批、三維地下管線審批等技術的應用，已為規劃審批、管理和決策帶來了革命性的變化。

傾斜攝影測量技術[1]具有多種特點：①立體成果真實，對于地面周圍的反映符合人類感知[2]；②為建模提供真實、豐富的紋理信息；③可實現高精度測量。同時，無人機作為一種新型的低空遙感對地觀測手段，具有易于操控、獲取影像周期短、作業機動性強等特性[3]。基于上述特點，利用無人機傾斜攝影測量技術，獲取1∶500竣工地形圖和竣工三維模型，不但可以有效避免傳統作業方式的強度大、效率低、周期長和重復測量等弊端，提升生產效率，還能為規劃驗收提供更為豐富、直觀的數據信息，輔助行政審批部門管理決策。

2 工藝流程

2.1 儀器及軟件

采用上海航遙公司的HY-6X電動六旋翼無人機和ARC524五鏡頭低空傾斜航空照相機實施航攝；采用美國Bentley公司的Smart3D Capture軟件進行空中三角測量及全自動三維建模；采用武漢天際航公司的DP Modeler軟件進行數字線劃圖采集和模型精細化處理。

2.2 作業流程

根據無人機傾斜攝影測量的技術特點，結合建筑規劃竣工測繪技術要求，制定作業流程，如圖1所示。

圖1 作業流程

3 生產試驗

3.1 項目概況

本次試驗選擇福州市陽光城領海三期地塊項目作為生產試驗對象，該項目位于福州市閩侯縣濱江西大道以北，民俗園路以東，由4棟SOHO及底層商業構成，總占地面積 40 680.78 m2，總建筑面積 114 124.14 m2。

圖2 測區范圍航拍圖

3.2 項目實施

(1)航攝數據獲取

本次傾斜攝影采用五鏡頭組合而成的航攝儀，單鏡頭焦距為 24 mm，航向重疊度要求為85%，旁向重疊度要求為80%，影像地面分辨率要求優于 3.5 cm。通過無人機地面站軟件計算，共需布設4個飛行架次，27條航線，絕對航高為 189 m，基線長度 12 m，航線間距為 24 m，航線長度總計為 20.8 km。本次航攝共獲取五鏡頭傾斜影像數據5組，每組 1 886張及對應POS數據。航線設計如圖3所示。

圖3 航線設計圖

(2)空三加密和自動建模

將傾斜影像與外業像控點導入Smart3D軟件平臺，進行空三加密，包括密集匹配、聯合平差等過程，在此基礎上依次經過生成點云、構建不規則三角網、創建DSM及全自動紋理映射[4]，最后生成測區全自動實景三維模型。

(3)數字線劃圖采集

內業數字線劃圖采集使用DP Modeler軟件的矢量測圖模塊，該軟件可利用傾斜攝影技術獲取的影像數據進行高精度的大比例尺地形數據的矢量采集工作。無需佩戴立體眼鏡，根據影像及自動空三生成的三維模型直接定位地物要素的三維信息。為了實現內業進行屋檐改正，減少外業調繪的工作量，軟件提供了垂直輔助線和十字輔助線，分別為地物點垂直和水平方向的移動提供參考，同時確保數據采集的準確性，如圖4所示。軟件內置了南方CASS的地類地物屬性模塊，采集同時賦予要素屬性，矢量成果可導出.dxf，.cas，.dat等多種格式。

圖4 數字線劃圖采集界面

(4)數據成果

全自動建模生成的點云、DSM、實景三維模型和采集后編輯完成的 1∶500竣工地形圖等數據成果如圖5所示。內業人員依據上述成果資料，編制建設工程規劃竣工測繪報告。

圖5 部分項目成果

3.3 精度評定

(1)測量精度要求

依據《城市測量規范》(CJJ/T 8-2011)中建筑規劃竣工測繪相關標準，測量精度要求如表1、表2所示。

地物點點位精度要求 表1

竣工驗收要素測量的精度要求 表2

(2)成果精度檢測

本次試驗采用全野外數字化實測成果與傾斜攝影測量測圖成果比對的方法，進行精度評定，精度檢測統計結果如表3、表4、表5、表6所示。

地物點平面誤差分布狀況統計表 表3

高程誤差分布狀況統計表 表4

建筑高度誤差統計表 表5

建筑間距誤差統計表 表6

以上精度檢測結果說明，利用傾斜攝影測量技術測制的地形圖，精度符合相關規范標準，可應用于規劃竣工測繪。

3.4 誤差分析及優化措施

(1)像片原始分辨率不足產生的誤差

本次試驗區域采集的原始影像地面分辨率為 3.5 cm，由于規劃竣工測繪對地形圖地物點精度的要求較高，3.5 cm地面分辨率仍略顯不足。通過優化航飛參數(降低航高、換長焦鏡頭等)[5]，可以提高獲取影像的地面分辨率，從而進一步提高相關數據成果精度。

(2)空三加密對精度的影響

Smart3D自動空三加密過程中，存在部分誤匹配粗差點及飛點數據，影響空三成果的精度。可通過人工干預方式將空三成果精度優化到最佳[6]，提高規劃竣工地形圖成果的精度。

(3)人工采集時產生的誤差

人工采集產生的誤差是誤差中一個比較重要的來源，以本項目為例，影像圖上1個像素的誤差，實地距離就是 3.5 cm，人工采集時，2個像素的差距，實地差距就可達到 7 cm；另一方面，當某一地物不在同一高程面時，會因為視差造成矢量采集的不準確，此時需要作業員根據不同角度的影像圖進行局部調整。因此，提高作業員作業經驗和操作熟練度，可提升矢量采集成果的精度。

3.5 生產效率對比

本項目采用傳統全野外數字化測量方式和傾斜攝影測量方式完成本項目測圖部分工作的生產效率情況如表7所示。

生產效率比對表 表7

由此可見，采用無人機傾斜攝影技術測制竣工地形圖，可有效節省作業時間，對于導線布設較為困難的作業區，效果尤為明顯。同時，由于外業時間較短，可減小測繪工作受天氣因素制約的影響。此外，三維建模的成果的多角度可視性，可最大限度地還原現場的真實場景，質檢人員無需再到現場核對圖紙，可提高該環節的生產效率。

4 結 語

將無人機傾斜攝影測量技術應用于建筑規劃竣工測繪，獲取記錄三維數字信息的規劃竣工測量成果，將是未來測繪服務城市規劃管理的發展趨勢。國家測繪地理信息局于2014年12月18日發布的《城市建設工程竣工測量成果規范》(CH/T 6001-2014)中已包含了三維模型成果的相關要求和內容。

試驗證明，通過無人機傾斜攝影測量技術完成大比例尺竣工地形圖測繪，可基本滿足規劃竣工測繪的精度要求，能有效提升規劃竣工測繪的生產效率，豐富規劃竣工測繪成果。但仍有一定局限性，主要表現在以下幾方面：①在進行超高層建筑竣工測繪時，由于飛行器的安全飛行高度需較高，可能會造成地面分辨率不足，從而影響成圖精度；②一些拍攝死角或關聯點不足的地方，全自動建模時，容易產生模型扭曲變形；匹配截面過小的地物，如路燈、電桿，容易產生模型缺失，需采用其他方式加以補充處理[7]；③購買設備和軟件的一次性投入和維護費用較高。此外，本次試驗的對象為高層建筑，對于該技術是否能廣泛應用于諸如大型綜合體、別墅等各類建筑的規劃竣工測繪，今后還應進行進一步論證。

[1] 張祖勛，張劍清. 數字攝影測量學[M]. 武漢：武漢測繪科技大學出版社，1997.

[2] 李德仁，劉立坤，邵振峰等. 集成傾斜航空攝影測量和地面移動測量技術的城市環境監測[J]. 武漢大學學報·信息科學版，2015，40(4)：427-435.

[3] 金偉，葛宏立，杜華強等. 無人機遙感發展與應用概況[J]. 遙感信息，2009(1)：88-92.

[4] 閆利，程君. 傾斜影像三維重建自動紋理映射技術[J]. 遙感信息，2015(2)：31-35.

[5] 胡曉曦，李永樹，李何超等. 無人機低空數碼航測與高分辨率衛星遙感測圖精度試驗分析[J]. 測繪工程，2010，9(4)：8-70.

[6] 姜麗麗，張姝娟，王鴻陽等. 傾斜航空攝影數據空中三角測量的精度分析[J]. 測繪與空間地理信息，2015(5).

[7] 楊國東，王民水. 傾斜攝影測量應用技術及展望[J]. 測繪與空間地理信息，2016(1)：13-15.

Application of Unmanned Aerial Vehicle Oblique Photography in Construction Planning Completion Surveying

Chen Xin

(Fuzhou Investigation and Mapping Institute，Fuzhou 350108，China)

As an emerging technology of surveying and mapping，oblique photogrammetry has wide applications for three-dimensional modeling，smart city and so on，however，it has seldom applied to engineering surveying. This paper proposes a new method of planning completion surveying utilizing unmanned aerial vehicle (UAV) oblique photography. In addition，the availability and applicability of this method are verify by the practical case of construction planning completion surveying in Fuzhou.

unmanned aerial vehicle (UAV)；oblique photography；construction planning completion surveying；topographic map

1672-8262(2017)01-82-05

P231

B

2016—06—24 作者簡介：陳昕(1986—)，男，工程師，主要從事工程測量與遙感相關技術應用研究。