無人機傾斜攝影測量在建筑規劃竣工測繪中的應用

楊家成

摘 要 為了推動建筑行業的綠色化、高效化和低能耗發展，需做好建筑規劃竣工測繪工作，引進現代化測繪技術，獲取真實準確的建筑數據、影像等信息，確保建筑設計、施工與城市規劃方案一致。無人機傾斜攝影測量是一種基于無人機遙感的現代化測量技術，能夠實現高精度測量，獲取立體影像。

關鍵詞 無人機 傾斜攝影測量 建筑規劃竣工 測繪

中圖分類號：P23 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2020）03-0015-02

當下，無人機航測技術發展日漸興盛，讓測繪地理信息行業如虎添翼。大力推廣無人機航測技術是當前促進測繪地理信息事業轉型升級、提升測繪地理信息服務保障能力的迫切需求，也是推進應急測繪保障能力和建設“數字城市”、“智慧城市”的重要保障。目前，無人機航測技術已經在我國的多個測繪領域得到廣泛應用，為我國的基礎建設工作提供了精確可靠的數據支持。

1 無人機傾斜攝影測量技術概述

無人機航測系統以當前在全球范圍內逐漸興起的靈活、機動性強、體積小的無人機作為飛行平臺，該系統主要由無人機、數字遙感設備、測姿測速設備、飛控系統以及地面控制系統、地面站控制軟件、航線規劃軟件和數據處理軟件等組成。其主要工作原理就是通過在無人機上裝載數碼相機進行低空航拍，從而對地面的地理信息數據進行采集，再經專業軟件處理得到多種數字化測繪產品。目前，無人機航測技術的發展已經相當成熟，其與GPS技術相結合可以實現自動導航功能。近兩年，無人機傾斜攝影測量技術逐漸盛行，其利用多鏡頭傾斜相機搭載在無人飛行平臺上，能夠快速獲取地面傾斜影像數據建立地面實景三維模型，從而真正將外業實景與計算機技術相融合，利用最新的裸眼三維測圖技術進行內業測量，可生產出滿足精度要求的5D數字化產品[1]。

無人機遙感技術是一種使用無線電遙控設備和已加載的程序控制器來獲取測量和制圖信息的技術。基于系統框架，無人機遙感技術系統主要由無人機飛行平臺、飛行控制系統、攝影傳感器、數據通信系統、汽車運輸設備和地面控制系統組成。可以根據測繪需求選擇合適的技術。固定翼無人機和EOS5DMark攝像頭傳感器在正常情況下用于設施[2]。無人機具有高度的靈活性，較高的飛行要求，較高的可控性和高度的自動化程度。根據測繪要求，對飛行路線進行設計和遠程控制，設備可以隨時起飛和降落，在較深的地形上進行測繪，工作效率很高，每周監控面積已達2100平方公里。由于無人機包含彩色數碼相機等高精度數字成像設備，因此它可以接收清晰、全面的正數碼相機圖像，并且近距離航拍的精度可以達到亞米。所捕獲的圖像可以直接在系統中進行處理，然后傳輸到地面控制系統，從而大大節省了人工和時間成本，并且數據的準確性很高。應用無人機傾斜攝影測量技術，可使無人機從多個角度（例如垂直和傾斜）捕獲遙感圖像，而無需重復測量以獲得完整和真實的地標信息，從而大大提高了工作效率。無人機傾斜攝影測量技術還可用于測量和繪制施工計劃的完成情況。技術人員可借助于地面站軟件APCommander，來發出飛控、導航指令，全面獲取目標建筑的信息，所得影像與人類感知相符，信息豐富真實，而且會提供真實、豐富的紋理信息，確保所構建的竣工建筑三維模型更為逼真，同時，可借助所獲取的信息，來繪制1：500竣工地形圖，便于驗收工作的開展。

2 無人機傾斜攝影測量技術過程分析

2.1 航拍準備

首先，應根據測繪要求建立光控點。通常，設置2條路線，為基線設置12個水平高度點，在每條路線上設置高度控制點，并設置5條基線。設置視頻控制點后，請檢查無人機及其所攜帶的設備是否正常工作，遙測信號是否正常，數據連接是否良好，路線規劃是否適當以及一切是否正常。一切正常后，您可以啟動無人機和遙控器。無人機會按照已建立的路線飛行，并在飛行中進行等距或等時攝影[3]。

2.2 內業數據處理

隨著無人機遙感技術體系的成熟，市面上出現了很多的內業數據處理系統，技術相對成熟的有數字測量工作站Inpho、DPW、Jx-4CDPS、適普VirtuoZo，測繪工作人員可根據工作需求選擇合適的處理系統。在制作DOM的過程中，應該采集相關航攝資料，進行空三加密，應用地面布設的控制或POS數據，獲取外方位元素和DTM數據，應用OrthoVista模塊、SeamEditor等，糾正單片，鑲嵌拼接影像，進行勻光勻色處理，適當裁剪圖幅范圍，最終生成數字正射影像圖[4]。

2.3 建筑規劃圖編輯

建筑規劃竣工測繪工作完成后，需制作建筑規劃圖，確保圖紙信息的真實性和準確性，從而保障工程建設的準確性。在工作過程中，應該及時掌握竣工信息，將生成的DOM數據導入建筑工程GIS影像庫中，并在竣工建筑中添加Super-MapDeskPro，實現矢量化轉換，將工程攝影測量信息及時錄入影像庫中，確保信息的時效性。

3 無人機傾斜攝影測量技術在測繪建筑規劃中的應用分析

3.1 特殊情況

以城市建筑為例，將其分為4座商業高低建筑。該建筑占地面積41，305.2平方米，總建筑面積112，840.35平方米。無人機傾斜攝影測量技術用于完成建筑設計以及具體工作的測量和制圖，其過程如下：（1）采集航空照片數據。在此勘測和地圖繪制中使用了具有五個鏡頭的航空攝像機。鏡頭的焦距設置為24mm，航跡的重疊和側面重疊分別達到85%和80%，受影響的地面分辨率為3.5cm。根據測繪要求，為每個飛行位置設計了4道27條航線，絕對飛行高度為189m，基線長度為12m，距離設置為24m，總路線長度為20.8km。（2）具有自動建模功能的三空中加密。將通過航空攝影獲得的傾斜圖像和野外圖像控制點導入Smart3D軟件平臺，確定加密點的高度及其水平位置，實現三次空中加密，然后生成點云，創建不規則三角網并確定實際特征創建三維模型，實現自動紋理映射，并為真實場景自動生成三維建筑模型。（3）收集數字藝術線條。測量師和制圖人員可以使用DPModeler軟件中的矢量映射模塊來捕獲辦公室中的數字線圖，創建高精度，大規模地形數據的矢量集合，并使用捕獲的圖像和全自動生成的3D模型定位地面物體，并在下面提供其三維信息使用軟件的垂直引導和交叉引導功能為特征點的移動方向提供參考，確保數據收集的準確性并減少野外制圖工作量。（4）結果數據。完成無人機傾斜攝影測量后，可用的結果數據包括建筑物外表面的點數據采集（點云）、實際特征的3D模型和實際3D模型。同時，應根據數據結果處理數據的副本[5]。

3.2 錯誤分析與優化

盡管該技術是相對先進的并且具有高度的自動化，但是不可避免的是它會受到外部因素的干擾并導致需要改進控制的錯誤。在測繪工作中，主要的誤差類型為：（1）照片原始分辨率的誤差。在對建筑設計和完工進行測繪時，地形圖特征點的測繪精度較高，但無人機傾斜攝影測量的地面分辨率較低，無法滿足其需求。人員應優化無人機的導航參數，并采取降低海拔高度，更換遠攝鏡頭等措施，以提高圖像的地面分辨率，并滿足相關的測繪要求;（2）空三加密的影響。使用Smart3D軟件平臺的空中三重加密可能導致不匹配飛行點數據和圖像到空中三重的精度。為了確保數據的準確性，可以采取手動干預措施以確保建筑物的完整地形圖的準確性是適當的;（3）手動捕獲錯誤。盡管無人機傾斜攝影測量法是自動操作，但它還包括容易出錯的手動操作模塊。例如，當功能以不同的高度顯示時，手動采集很難確保數據矢量收集的準確性。需要工作經驗。豐富而熟練的員工根據不同角度調整圖像，以確保數據收集的準確性。

4 結論

綜上所述，針對傳統調查測繪工作中存在的問題，依托無人機的優勢特點，無人機測繪可對傳統方法進行補充完善，為外業調查統計提供精確的地理信息數據。首先根據調查測繪工作需求進行無人機測繪任務規劃，主要從無人機傾斜攝影測繪和調查航拍兩個方面設計。無人機傾斜攝影可采集到建筑物側面紋理、拍攝高分辨率影像，對航拍成果進行實景三維建模。通過高精度三維模型，可精確測量出建筑物的建筑面積，同時可利用傾斜攝影空三加密成果進行數字線化圖采集作業。利用靈活的無人機能夠拍攝到目標建筑的所有信息，構建出三維立體模型，讓工程驗收人員準確觀察到建筑建設情況，審核其是否滿足城市規劃設計方案，從而給出合理的審批意見，大大提升工作效率與質量。

參考文獻：

[1] 劉楊洋，吳鵬飛，劉金濤，韓小樂，楊亞鈐.基于無人機傾斜攝影測量的山丘區表面高程數據評價[J].水力發電，2020，46（05）：22-26.

[2] 陳隆，田新光，劉紅華，高鵬.無人機傾斜攝影測量在鐵路地理空間數據采集中的應用[J].勘察科學技術，2020（01）：50-55.

[3] 劉敏，張啟超，趙彬，李智慧.基于低空無人機傾斜攝影測量在農村房屋不動產登記權籍調查中的應用[J].測繪與空間地理信息， 2020，43（01）：181-183.

[4] 劉培狀，楊秉澍.基于無人機傾斜攝影測量和BIM技術的三維實景模型在水利工程設計中的應用研究[J].地下水，2019，41（06）：206-207.

[5] 萬劍華，劉汝濤，劉善偉，馮建偉，王朝，張馳.基于消費級無人機的地質露頭三維建模技術研究[J].地理信息世界，2019，26（05）： 96-100.

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