無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在廣州城市更新改造中的應(yīng)用研究

潘敏青

(廣州市房地產(chǎn)測繪院廣州市測繪產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)中心，廣東 廣州 440104)

0 引言

《廣州市城市更新辦法》已經(jīng)于2016年1月1日起施行，實(shí)施4年多來，政府已對(duì)城區(qū)多處“三舊”區(qū)、棚戶區(qū)、危破舊房進(jìn)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(shè)用地，對(duì)于產(chǎn)業(yè)集聚和促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級(jí)都具有重大的意義。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查作為城市更新改造中的一項(xiàng)重要工作，它為制定城市更新改造方案、測算經(jīng)濟(jì)平衡，并為改造過程中的融資、補(bǔ)償、安置、復(fù)建等工作提供了重要的技術(shù)支持。傳統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查采用常規(guī)測繪儀器，如全站儀、GPS-RTK進(jìn)行作業(yè)，不僅效率低下、費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且僅從二維角度來反應(yīng)改造片區(qū)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(jī)傾斜攝影測量技術(shù)能以高效率、高精度、高清晰的方式全面感知地面復(fù)雜的場景而備受關(guān)注，當(dāng)前已成為測繪領(lǐng)域研究和應(yīng)用的一項(xiàng)重要課題。

1 無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)

我國在2010年將傾斜攝影測量技術(shù)引進(jìn)國內(nèi)，它是國際航空遙感領(lǐng)域近些年逐漸發(fā)展成熟的一項(xiàng)全新的測繪新技術(shù)。它的原理是通過在無人機(jī)飛行平臺(tái)上攜帶5鏡頭高像素?cái)?shù)碼相機(jī)，同時(shí)從1個(gè)垂直和4個(gè)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(tǒng)的DOM、DEM、DSM、DLG產(chǎn)品，另4組斜片可用于獲取地物的紋理信息，再借助全自動(dòng)高性能后處理系統(tǒng)，可快速構(gòu)建出具有地物準(zhǔn)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(shí)世界。

圖1 無人機(jī)傾斜攝影影像獲取示意圖

無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)具有以下特點(diǎn)：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(shí)三維地形情況，實(shí)現(xiàn)真正的實(shí)景三維城市建模。③模型精度高、要素全面、細(xì)節(jié)豐富且紋理真實(shí)，能滿足1:1 000測圖要求。④效率高、周期短，5個(gè)月完成中等城市采集、建模。⑤基于三維實(shí)景城市進(jìn)行量測、分析應(yīng)用。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 項(xiàng)目背景

作業(yè)區(qū)位于廣州市某城中村，測區(qū)范圍內(nèi)人口密集，房屋雜亂無章，為本次無人機(jī)的外業(yè)航飛任務(wù)帶來一定的安全隱患。充分考慮測區(qū)的實(shí)際環(huán)境以及無人機(jī)對(duì)起降場地的需求，本項(xiàng)目決定采用性能穩(wěn)定、對(duì)起降場地要求不高的的電動(dòng)六旋翼無人機(jī)。

2.2 影像獲取

電動(dòng)六旋翼無人機(jī)具有操作模式靈活、飛行性能穩(wěn)定、續(xù)航能力持久等優(yōu)勢，為高效獲取高質(zhì)量傾斜攝影數(shù)據(jù)提供了可能。該無人機(jī)搭載5個(gè)SONY ILCE-QXl數(shù)碼相機(jī)，航飛參數(shù)設(shè)置如下：同一航線上最大與最小航高的高差應(yīng)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(jìn)行外業(yè)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(diào)一致的地面影像。

2.3 像控點(diǎn)測量

像控點(diǎn)宜選在明顯地物的拐角處，或選取大交角的細(xì)小線狀地物的十字交叉處，像控點(diǎn)布設(shè)數(shù)量不少于3～4個(gè)/km2，像控點(diǎn)的平面和高程采用GDCORS網(wǎng)絡(luò)RTK進(jìn)行測量。

2.4 數(shù)據(jù)預(yù)處理

對(duì)外業(yè)航攝的所有影像進(jìn)行預(yù)處理，主要內(nèi)容是對(duì)影像進(jìn)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(tǒng)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(lián)合平差和自由網(wǎng)光束法平差的方法，將各級(jí)影像上的同名點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)匹配來完成空中三角測量。

2.6 模型構(gòu)建

通過軟件自動(dòng)分析，選取能夠相匹配的合適的影像單元，進(jìn)行點(diǎn)云密集匹配和特征匹配，再利用相關(guān)軟件自動(dòng)化完成紋理映射，構(gòu)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(duì)三維白模進(jìn)行核查，檢查內(nèi)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(xiàn)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(shí)體現(xiàn)出地形地貌。

2.8 成果輸出與應(yīng)用

最后輸出S3C及OSGB格式的三維模型成果，成果分辨率優(yōu)于5 cm。在廣州市城市更新改造項(xiàng)目中，基于無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)完成的三維模型可從多個(gè)角度直觀反映地面建筑的情況，通過相關(guān)軟件能實(shí)時(shí)量算出地物的位置和高度信息，為依法、依規(guī)處置違建提供強(qiáng)有力的證據(jù)。同時(shí)三維模型成果還可以高精度地還原真實(shí)的建筑原貌，可根據(jù)需要進(jìn)行不同角度的瀏覽和面積的量算，可協(xié)助拆遷快速推進(jìn)，并方便政府拆遷職能部門對(duì)不同時(shí)期的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，對(duì)于固化證據(jù)、還原舊村樣貌、展示改造后的城市新貌提供了技術(shù)支持(如圖2所示)。2016-2018年，本院連續(xù)承接了多個(gè)廣州市城市更新改造基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查項(xiàng)目，完成了荔灣區(qū)、海珠區(qū)、越秀區(qū)全境以及天河局部轄區(qū)房屋實(shí)景三維建模工作，項(xiàng)目成果均獲得業(yè)主單位的高度認(rèn)同。

圖2 城市更新改造前后三維成果示意圖

3 結(jié)語

相較于傳統(tǒng)測繪模式，無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)具有高效快捷、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、時(shí)效性優(yōu)、高精度、高清晰等優(yōu)勢，為城市更新改造中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查提供了全新的方式。廣州市房地產(chǎn)測繪院積極引進(jìn)無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)，廣泛拓展應(yīng)用領(lǐng)域，探索出了一系列的傾斜攝影技術(shù)實(shí)施和應(yīng)用路線，在治安管理、美麗鄉(xiāng)村建設(shè)、路橋建設(shè)拆遷房屋現(xiàn)狀摸查、城市違法建筑巡查、城市應(yīng)急測繪、工程規(guī)劃土石方計(jì)算等方面也取得突破性進(jìn)展。