應用傾斜攝影測量技術的規劃竣工測量流程和精度分析

王永辰

摘要：傾斜攝影測量技術是近年來測繪領域發展起來的高新技術之一。本文結合低空無人機傾斜攝影技術，進行北京房山某小區竣工測量測繪，獲取了高精度三維模型，并對無人機傾斜攝影測量成果進行平面測量誤差、高程測量誤差和間距測量誤差精度驗證，結果表明，測繪精度達到了竣工測量的主要技術指標要求，為建設項目驗收“最多跑一次”提供了先進的技術手段。

關鍵詞：傾斜攝影測量 規劃竣工測量 精度 誤差

Process and Accuracy Analysis of Planning Completion Survey Based on Tilt Photogrammetry

WANG Yongchen

（State Owned Land Secondary Market Transaction Service Center of Fangshan District， Beijing， 102488 China）

Abstract： Tilt photogrammetry is one of the high and new technologies in the field of surveying and mapping in recent years. In this paper， combined with the low altitude UAV tilt photogrammetry technology， the completion survey of a residential area in Fangshan， Beijing is carried out， and the high-precision three-dimensional model is obtained. The plane measurement error， elevation measurement error and spacing measurement error accuracy of the UAV tilt photogrammetry results are verified. The results show that the mapping accuracy meets the main technical index requirements of the completion survey. It has provided advanced technical means for "run at most once" of construction project acceptance.

Key Words： Tilt photogrammetry; Planning completion survey， Accuracy; Error

隨著低空無人機測繪技術的發展，越來越多的測繪地理信息工程采用無人機測繪，大大提高了測圖效率，節省了大量的人力物力。作為一種新的測繪技術手段，無人機測繪在傳統測繪領域已得到了廣泛的應用，其精度基本滿足規范要求，尤其是在大面積困難復雜地區地形圖測繪中，能充分發揮其快速高效的測圖優勢，因此成為測繪領域研究的焦點之一[1]。近年來隨著技術研究的進展，出現了低空無人機傾斜攝影技術（ UAV Oblique Photography Technique，UAVOPT） ，它是利用低空無人機平臺搭載 5 組傳感器鏡頭，分別從一個垂直、4 個傾斜角度同時獲取高分辨率影像的一種測量方法，其優點是具有快速成像和數據自動化處理能力，可實現單張影像量測。由于無人機傾斜攝影測量具有超高數據處理效率和紋理信息，目前在測繪各領域均有廣泛應用，如常規地形測量、不動產測量、數字三維校園、規劃竣工測量等[2]。本文結合低空無人機傾斜攝影技術，進行北京房山某小區竣工測量測繪，獲取了高精度三維模型，為建設項目驗收“最多跑一次”提供了先進的技術手段。

1 無人機傾斜攝影測量

無人機傾斜攝影技術是一項發展較快的新興技術。通過在無人機飛行平臺上攜帶一組多個傳感器，可以從五個不同的角度獲取地面圖像，包括垂直和傾斜。其中，垂直于地面一組以一定角度拍攝的照片為正片，另外4組與地面成一定角度拍攝的照片為斜片。來自不同攝影站的正片和斜片疊加在一起，形成覆蓋測區的傾斜攝影測量圖像。利用內外方位元素還原正片和斜片的幾何空間姿態，進行地物的3D建模和制圖。

與傳統的正射影像不同，傾斜攝影測量影像可以從多個角度捕捉地物，充分反映地物的真實情況，增加信息量[3]。通過應用軟件，可以進行基于傾斜圖像的單幅圖像測量，也可以根據測量結果直接測量長度、高度、角度、面積、坡度等參數。傾斜攝影實現了模型紋理采集的一體化，有效降低了數字3D城市建模的成本。此外，基于應用軟件的傾斜圖像易于在互聯網上發布，可以實現模型的訪問和交換。

2 規劃竣工測量

2.1 竣工實驗工程

完成的調查項目是北京房山的一個住宅小區。社區總規劃面積0.023km2（以建設項目規劃許可證圖中所示總面積計算），其中建筑面積4833.24m2。根據竣工測量要求，對GNNS-RTK地圖的3個圖根控制點進行放置和測量;進行0.037 km2的數字地形竣工測量和2.99 平方公里的四級水準測量;確定建筑物（構筑物）特征點1879個點，地形測量平面坐標系采用北京2000坐標系，高程基準采用1985年國家高程基準，測繪比例為1：500，測繪軟件采用南方CASS 9.1地形地籍測繪軟件。通過對特征點進行驗證測量、建筑物標高測量和規劃建設面積計算，將社區竣工測量結果與規劃數據進行比較，分析其等級是否符合終止條件。

竣工測量實施時，利用低空無人機傾斜攝影測量技術對小區已建成項目進行航拍和內部數據處理，獲得小區高精度三維可測模型，協助完成小區規劃竣工測量。

2.2 無人機傾斜攝影平臺

竣工工程傾斜攝影測量采用的是飛馬 D200 高精度測無人機，機身重7.5 kg，單架次海平面懸停時間48min，巡航速度13.5m/s，飛馬D200水平精度為1cm+1×10-6mm，垂直精度為2cm+1×10-6mm，支持PPK、RTK及其融合作業模式，在地物特征豐富的條件下可實現1∶500免控測圖。D200搭載D-OP300傾斜模塊，該模塊配備5組SONY ILCE-6000相機，每個傳感器尺寸為23.5mm×15.6mm，有效像素2400萬，傾斜角度45°，其中下視鏡頭焦距25mm，斜視鏡頭焦距35mm[4]。D200配備無人機管家專業軟件，可實現航線規劃、空三解算、DOM、DEM、DSM、TDOM和真三維模型獲取。

2.3 像控點布設

無人機傾斜攝影測量采用的平面、高程基準與竣工測量測圖基準一致，為了提高三維建模精度，將航高設計為允許最低值，有利于像控點的識別和高精度紋理獲取[5]。測區內較為平坦，因此選擇成像清晰的塊狀地物拐角點作為像控點，實驗工程選取地面角點清晰處為像控點，地面角點不明顯處和樓頂面采用油漆噴涂的方式繪制人工角點，測區內總計布設25個像控點，其中19個為控制點，6個為檢查點。像控點選定后，利用GPS-RTK進行平面高程控制測量，觀測時始終保持同步鎖定6顆以上衛星，PDOP值小于6，流動站距離參考站平均距離800m，經精度評定，觀測成果的平面、高程點位中誤差分別為±3cm、±4.5cm，滿足精度要求。

2.4 外業航空攝影

外業航攝主要進行飛行控制系統檢查和航線設計。飛行前，對飛行控制系統的關鍵部件進行檢查，如舵機、空速和風門，以及系統供電模塊、GPS和遙控器等配件進行全檢，并在檢測后進行路線參數設計。使用搭載飛馬D200的專業無人機管理軟件，項目使用的飛行參數為：航向重疊80%，旁向重疊65%，傾角小于12°，旋偏角小于15°，航線彎曲度小于1.5 %。為了獲得更精確的低空數據，飛行高度設計為135 m，基高比為0.36，地面分辨率為0.04 m。無人機在野外飛行了15條帶，每個鏡頭組拍攝了278幅圖像，共拍攝了1390張正斜面航拍照片。實地飛行結束后進行了現場質量檢查，結果表明航拍質量高，無需額外飛行。

2.5 三維建模

基于現場獲得的POS數據、傾斜影像數據和地形影像控制數據，在ContextCapture軟件中構建新項目進行三維建模。實驗中采用多基線特征匹配技術，結合POS數據生成連接點，使用25個像控點。執行區域網平差以完成空中三角測量并計算每個圖像的外方位元素。軟件提供的并行算法用于像素級特征匹配，生成DSM點云。為了減少數據冗余，在DSM 點云中構建了一個TIN，并根據圖像數據修改了TIN的內部規格，生成了一個TIN矢量模型。使用ContextCapture將模型區域劃分為多個tile，合成一個任務分配給每個節點，將TIN模型和圖像紋理無縫結合，建立具有多個細節的真實3D LOD場景模型。經過以上處理后，住宅區三維模型如圖1（a）所示。從圖中不難發現，住宅區三維模型沒有歪懸、破洞，也不缺乏質感，建模精度高。

為了優化模型，提高精度，將模型導入DP-Modeler進行房檐校正等優化過程，以達到最佳精度和逼真效果。細化后的模型在ContextCapture中導出為ESRI I3S格式，實現社區三維模型的模型探索、建筑選擇、距離測量、面積測量、坐標測量、三角測量等功能。圖1（b）為平臺環境下居住區的建筑選擇和坐標測量功能。突出顯示的建筑物為選定的完工建筑物，圓環上的點為建筑物拐角處特征點的平面坐標。由以上分析可知，基于無人機傾斜攝影測量技術對該住宅區進行3D建模，可以完成竣工測量，其模型精度滿足建設工程竣工試驗的建模要求，是傳統規劃竣工測量的有效手段。

3精度分析

所構建的測量精度包括3個要求：特征點相對于相鄰平面控制點的位置誤差、特征點與相鄰特征點之間的距離誤差、高程中誤差。為驗證無人機傾斜攝影測量得到的平面精度、高程精度和特征點間距精度，在試驗中測試了105個平面特征點、52個高程點和36個點距。實驗。天宇府住宅區的特色。經驗證，105個平面特征點中58個為主特征點，47個為次特征點; 52個高程點中，17個位于小區外層，19個位于樓頂，16個位于護墻;主要從拐角特征點、道路兩側明顯的特征點、紅線界址點之間的距離選取36個間距。通過將無人機獲取的平面和高程點與全站儀的地形數據進行對比，比較地物間的距離和現場鋼尺測量距離，計算精度。

平面測量誤差為0.039m，小于±0.05m。高程誤差為±0.117m，小于±0.15m。距離誤差與高程誤差計算類似，0.043m≤0.05m。因此，無人機傾斜攝影測量應用，其平面測量、高程測量和測距精度滿足竣工測量要求。但由于無人機只能在露天進行航測，部分已完成的勘測項目，如施工區核查、綜合管線勘察等無法實測，復雜測區無人機測繪存在盲區。因此，因此，無人機竣工測量只能作為竣工測量輔助手段，不能獨立完成竣工測量[6]。

4結語

運用無人機傾斜攝影技術，對該住宅小區規劃竣工測量進行了竣工輔助測繪。利用ContextCapture軟件建立了小區高精度實景三維模型并完成網頁上載，實現了小區三維可視化量測。本文對無人機傾斜攝影測量成果進行平面測量誤差、高程測量誤差和間距測量誤差精度驗證，結果表明，測繪精度達到了竣工測量的主要技術指標要求，為建設項目驗收“最多跑一次”提供了先進的技術手段。然而，對于無人機難以到達地區或攝影存在死角的情形，無人機傾斜攝影竣工測量受到限制，因此，目前無人機竣工測量只能完成部分項目，而不能完成所有竣工測量任務，因此，無人機傾斜攝影測量可作為規劃竣工測量的一種有效輔助手段，無法完全替代常規竣工測量方法。

參考文獻

[1]李健. 建筑工程規劃竣工測量數據管理技術研究[D].濟南：山東建筑大學，2019.

[2]余章蓉，王友昆，潘俊華，等.Trimble X7三維激光掃描儀在建筑工程竣工測量中的應用[J].測繪通報，2021（4）：160-163.

[3]陶旭，鄭賢澤，張國峰.建筑工程規劃竣工測量技術與方法剖析[J].測繪與空間地理信息，2020，43（10）：198-200.

[4]趙若鵬. 測繪新技術在建筑工程規劃竣工測量中的應用研究[D]. 武漢：湖北工業大學，2018.

[5]鄒兵.測繪新技術在高層建筑工程竣工測量中的綜合應用分析[J].北京測繪，2020，34（9）：1289-1292.

[6]劉俊敏.房屋建筑竣工規劃驗收測量的技術要點分析[J].智能城市，2018，4（20）：64-65.