基于低空無人機傾斜攝影測量技術的三維模型構建及精度分析

冼學文

（中山市東鳳測繪工程有限公司，廣東中山 528400）

傾斜攝影測量技術作為一種當下比較先進的技術，常見于在智慧城市建設應用場景中進行應用，而在工程測繪領域，該項技術仍有著較大的應用開發空間。為了有效推動傾斜攝影測量技術在實際測量工程中進行廣泛的應用，使得該項測繪技術的作用價值得到充分的體現，提高建筑工程領域測繪工作的效率，結合實際案例，以無人機作為技術應用載體，分析了無人機在建筑工程測量中的具體應用，希望無人機傾斜攝影測量技術在建筑測繪領域也能夠發光發熱，推動建設行業實現更好的發展。

一、傾斜攝影測量原理

無人機傾斜攝影技術主要以無人機為載體，并在其之上搭載多臺傳感器與攝影裝置，從而能夠從多種不同角度出發，實現對地面影像的攝影。不同角度拍攝的影像名詞不同，如果是從垂直地面的視角進行的拍攝，那么所獲得的影像我可以稱之為“正片”，其他視角的拍攝自然順理成章的稱“斜片”[1]。最終將上述兩種影像結合在一起，就組成了一個完整的傾斜攝影測量影像，通過對獲取的數據進行集中收集整合，并在相關建模軟件的幫助下，實現地面物體三維建模與測圖。

二、規劃竣工輔助測量

1.竣工實驗工程

文章以某項小區測繪工程開展作為實際案例，該小區總占地面積為25328m2。在進行測量時，需要先進行控制點布設，通過布設3點GNNSRTK圖根控制點，然后完成相應的數字地形竣工測量與四等水準測量。在本次工程測點中，針對目標建(構)筑物，共測取了1945個特征點。同時為了更好的進行測量，需要建立平面坐標系統，在本次工程案例之中，選擇了2000坐標系統，在選擇高程基準時則選擇了1985國家高程基準（以黃海(青島)的多年平均海平面作為統一基展本次測量工程項目過程中，為達到“竣工測驗合一”的目標，在獲得竣工測量成果后，需要統一交給建設項目竣工測驗合一審批服務平臺進行審批。無人機主要負責外業的拍攝，可以將其視為一種輔助的測繪技術手段。

2.無人機傾斜攝影平臺

在本次竣工工程項目中無人機傾斜攝影測量技術采用的是無人機具有高精度特點，具體型號為飛馬D200，整體機身較輕，僅重7.5kg，無人機懸停時間也非常長，最長能夠持懸停續48分鐘，且無人機本身的巡航速度也非常優秀，能夠達到13.5m/s，無人機測量精度也比較高，其中水平精度為1cm+1×10-6mm，垂直精度為2cm+1×10-6mm，且該無人機能夠支持多種作業模式，除了常見的PPK、RTK作業模式外，還能夠實現二者融合作業模式開展。在實際應用該無人機時，如果地物特征比較豐富，那么在1:500的條件下進行實際測繪時相應的測圖可以實現免控制。該無人機搭載的傾斜模塊型號為D-OP300，在無人機不同位置，配置有專用的SONYILCE-6000相機，相機數量為5組，因此航拍視角更加全面。同時還配置有相應的傳感器裝置，傳感器非常小巧，規格尺寸只有為23.5×15.66mm，同時本身有著非常高的像素能夠達到千萬以上的級別，同時還配備有專門的無人機管家軟件，因此實際功能管理更加方便。

3.像控點布設

無人機傾斜攝影在實際測量時，為保證測量的精度，在平面、高程基準選擇上，均與竣工測量測圖基保持一致。在此基礎上，為了更加便于進行三維建模，保證建模的精度，在實際進行傾斜攝影測量時，需要注重做好航高的調整，一般在允許的條件下，需要將航高調整至最低，之所以采用這種做法，主要目的就是降低像控點識別的難度，同時獲得的圖像紋理信息的精度也更高，最終獲得更好的成像質量。由于是在住宅小區內進行測量，因此整體地形比較平坦，在像控點選擇方面，非常適合采用成像清晰的塊狀地物拐角點，比如地面構筑物上一些比較清晰的角點。若地面角點不明顯，或者不易進行拍攝的樓面，為了使其更加顯眼，可以在目標位置涂抹一些顏色易于辨識的油漆，比如紅色或黃色油漆等，從而更加易于拍攝。在本次工程測量工作共布設了25個像控點（19控制點+6檢查點），同時在觀測時應注意始終保持同步鎖定6顆以上的衛星并將PDOP值控制在6以內[3]。

4.外業航空攝影

在外業應用無人機進行航空攝影時，需要先做好飛控系統的檢查，并結合實際，做好航線的科學合理設計設計，才能保證航空攝影的準確性。具體來說，在飛行攝影前，需要檢查無人機飛控系統的舵機、空速、風門等關鍵部件，確保系統已經充滿電，GPS信號正常，遙控器能夠正常使用等，然后再進行具體的航線參數設計。在本次測量工程項目中，上述可以在飛馬D200配備的無人機管家專業軟件的幫助下高效完成。與此同時，為確保低空攝影精度更高，本次航高設置為135m，將對地分辨率調整為0.04m，航高設計如圖1所示。

5.三維建模

以外業航測獲取的數據為依據，通過在ContextCapture軟件的幫助下選擇新建工程項目并結合實際的測繪數據完成相應三維模型的建設。在本次工程項目中采用多基線特征匹配技術并結合外業航測獲取的POS數據成功生成了連接點同時借助實現布置好的像控點進行區域網平差完成了空中三角測量。在此基礎上，針對各影像外方位元素，還需要結合相應的數據進行解算，在實際解算過程中，可以利用軟件提供的相應算法完成結算。與此同時，為避免數據出現大量的冗余問題，可以在DSM點云的幫助下，完成TIN的建立，并以實際的影像數據為依據完成對其內部規格的修改最終就能夠獲得TIN矢量的模型，在將TIN模型與影像紋理匹配后就能夠將三維模型建立出來使得建筑實物信息得到充分的反映，具體模型如圖2(a)所示，這一模型基本甚至反映了住宅小區的實際情況，并且從模型圖中我們也能了解到，模型整體清晰完整，沒有明顯的扭曲懸掛和碎片漏洞問題，紋路清晰可辨，說明本次建模有著良好的精度。

為了進一步優化模型，使得模型精度再提升一個水平，成功體現出更多的細節，可以在DP－Modeler軟件的幫助下，通過將模型導入其中，針對一些細微部分比如房檐等做進一步的修正等優化，有效提高細微處的精度，使其整體模型效果更加逼真效果。在完成優化后注意導出后的模型格式為ESRII3S，確保這一格式與審批服務平臺的審批文件格式一致，才能更好的進行審批。如果圖2(b)所示，主要體現了小區樓房選取和坐標測量功能，其中針對一些比較亮度比較高的樓房，通常指的是一項已經竣工建設完成的樓房，其中一些圓形圈點則是一些關鍵的測繪數據信息反映了樓房一些關鍵特征目標。從中我們能夠了解到，通過應用無人機傾斜攝影測量技術在竣工測量中發揮著非常重要的作用價值，它能夠使得測繪數以更加具象化的形式加以呈現，因此非常適合大力推廣應用。

三、精度分析

竣工測量精度判別主要包含三大要求：一是地物點相對鄰近平面控制點點位誤差；二是地物點相對鄰近地物點間距中誤差；三是地物點相對鄰近地物點間距高程中誤差。

為對無人機傾斜攝影測量獲取平面精度、高程精度和地物點間距精度進行有效的驗證在本次實驗工程項目中，通過實地驗證，發現在105個平面地物點中，主要地物點的數量為58個，次要地物點的數量為47個；在52個高程點中，小區室外地坪共占17個，樓頂面共占19個，剩余皆分布于女兒墻之上；最后按照中誤差公式

進行精度計算，部分差值結果見表1-表3，單位為m。

根據表1，DX最大值0.095，最小值-0.002；DY最 大 值0.085，最 小 值0.001，代入誤差公式計算可得平面測量誤差mc'=±0.039m，在要求標準之內。令所有Δ=DZ，得出高程中誤差me'=±0.117m，在0.15m以內。以此類推，得出ml'=0.043m，在0.05m以內。

圖1 無人機飛行航線設計

圖2 該住宅小區三維模型

表1 地物點平面坐標測量坐標差值

表2 地物點高程測量差值

表3 間距誤差測量差值

四、結語

在本次項目工程竣工測量中，通過進行無人機測量技術的應用，能夠讓我們全面的了解該項技術在建筑工程測繪中所發揮的重要作用價值。相較于傳統的測繪技術而言，無人機+傾斜攝影策略技術的優勢不僅僅體現在技術本身的先進性方面，同時該項測繪技術打破了地形空間、惡劣氣候的限制，因此在一些實際地質條件比較差的區域同樣能夠進行測繪工作開展，即使遇到陰天下雨天氣，同樣能夠進行低空測繪，從而使得建筑工程測繪得到了更好的發展，同時希望通過上述研究進一步推動無人機測量在測繪行業中的應用推廣，推動我國建筑測繪行業實現穩定順利的發展。