無人機傾斜攝影測量技術在廣州城市更新改造中的應用研究

潘敏青

(廣州市房地產測繪院廣州市測繪產品質量檢驗中心，廣東 廣州 440104)

0 引言

《廣州市城市更新辦法》已經于2016年1月1日起施行，實施4年多來，政府已對城區多處“三舊”區、棚戶區、危破舊房進行了改造，城市面貌煥然一新，城市更新不僅盤活了大量低效存量建設用地，對于產業集聚和促進產業結構調整和轉型升級都具有重大的意義。

基礎數據調查作為城市更新改造中的一項重要工作，它為制定城市更新改造方案、測算經濟平衡，并為改造過程中的融資、補償、安置、復建等工作提供了重要的技術支持。傳統的基礎數據調查采用常規測繪儀器，如全站儀、GPS-RTK進行作業，不僅效率低下、費時費力，而且僅從二維角度來反應改造片區的地理信息，使用起來制約因素非常多，目前已難以滿足城市更新改造工作的需求。

近年來，無人機傾斜攝影測量技術能以高效率、高精度、高清晰的方式全面感知地面復雜的場景而備受關注，當前已成為測繪領域研究和應用的一項重要課題。

1 無人機傾斜攝影測量技術

我國在2010年將傾斜攝影測量技術引進國內，它是國際航空遙感領域近些年逐漸發展成熟的一項全新的測繪新技術。它的原理是通過在無人機飛行平臺上攜帶5鏡頭高像素數碼相機，同時從1個垂直和4個傾斜角度來拍攝物體的影像(如圖1所示)，其中垂直于地面的正片用于制作傳統的DOM、DEM、DSM、DLG產品，另4組斜片可用于獲取地物的紋理信息，再借助全自動高性能后處理系統，可快速構建出具有地物準確位置和清晰紋理的高分辨率真三維場景，將大眾帶入貼合人眼視覺感官的真實世界。

圖1 無人機傾斜攝影影像獲取示意圖

無人機傾斜攝影測量技術具有以下特點：①快速獲取大范圍地物空間信息及多角度影像信息。②反映城市真實三維地形情況，實現真正的實景三維城市建模。③模型精度高、要素全面、細節豐富且紋理真實，能滿足1:1 000測圖要求。④效率高、周期短，5個月完成中等城市采集、建模。⑤基于三維實景城市進行量測、分析應用。

2 應用實例

2.1 項目背景

作業區位于廣州市某城中村，測區范圍內人口密集，房屋雜亂無章，為本次無人機的外業航飛任務帶來一定的安全隱患。充分考慮測區的實際環境以及無人機對起降場地的需求，本項目決定采用性能穩定、對起降場地要求不高的的電動六旋翼無人機。

2.2 影像獲取

電動六旋翼無人機具有操作模式靈活、飛行性能穩定、續航能力持久等優勢，為高效獲取高質量傾斜攝影數據提供了可能。該無人機搭載5個SONY ILCE-QXl數碼相機，航飛參數設置如下：同一航線上最大與最小航高的高差應小于30 m，航向重疊為70%，旁向重疊為40%，傾斜像頭的前后傾角小于40°，左右傾角小于35°。選擇良好的天氣進行外業航飛，共獲取到多張有豐富層次、顏色飽和、色彩鮮明、反差適中、色調一致的地面影像。

2.3 像控點測量

像控點宜選在明顯地物的拐角處，或選取大交角的細小線狀地物的十字交叉處，像控點布設數量不少于3～4個/km2，像控點的平面和高程采用GDCORS網絡RTK進行測量。

2.4 數據預處理

對外業航攝的所有影像進行預處理，主要內容是對影像進行勻色勻光處理、校正畸變差等。

2.5 空中三角測量

采用從POS系統中提取的外方位元素，參照金字塔匹配由粗到精的原則，并采取多視角聯合平差和自由網光束法平差的方法，將各級影像上的同名點進行自動匹配來完成空中三角測量。

2.6 模型構建

通過軟件自動分析，選取能夠相匹配的合適的影像單元，進行點云密集匹配和特征匹配，再利用相關軟件自動化完成紋理映射，構建出三維白模。

2.7 模型檢查與修改

在視角高度為150 m的場景下對三維白模進行核查，檢查內容主要包括模型是否存在漏洞、搭連，建筑物的紋理有無扭曲、變形；光滑的表面如水面有無破洞、存在凹凸不平以及反光的現象；道路上有無不完整的車輛；以及地貌完整性、水面平整性，是否真實體現出地形地貌。

2.8 成果輸出與應用

最后輸出S3C及OSGB格式的三維模型成果，成果分辨率優于5 cm。在廣州市城市更新改造項目中，基于無人機傾斜攝影測量技術完成的三維模型可從多個角度直觀反映地面建筑的情況，通過相關軟件能實時量算出地物的位置和高度信息，為依法、依規處置違建提供強有力的證據。同時三維模型成果還可以高精度地還原真實的建筑原貌，可根據需要進行不同角度的瀏覽和面積的量算，可協助拆遷快速推進，并方便政府拆遷職能部門對不同時期的歷史數據進行統計和分析，對于固化證據、還原舊村樣貌、展示改造后的城市新貌提供了技術支持(如圖2所示)。2016-2018年，本院連續承接了多個廣州市城市更新改造基礎數據調查項目，完成了荔灣區、海珠區、越秀區全境以及天河局部轄區房屋實景三維建模工作，項目成果均獲得業主單位的高度認同。

圖2 城市更新改造前后三維成果示意圖

3 結語

相較于傳統測繪模式，無人機傾斜攝影測量技術具有高效快捷、機動性強、時效性優、高精度、高清晰等優勢，為城市更新改造中的基礎數據調查提供了全新的方式。廣州市房地產測繪院積極引進無人機傾斜攝影測量技術，廣泛拓展應用領域，探索出了一系列的傾斜攝影技術實施和應用路線，在治安管理、美麗鄉村建設、路橋建設拆遷房屋現狀摸查、城市違法建筑巡查、城市應急測繪、工程規劃土石方計算等方面也取得突破性進展。