無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)在日照測(cè)量中的應(yīng)用

（蘇州工業(yè)園區(qū)測(cè)繪地理信息有限公司，江蘇蘇州 215000）

1 無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)

無(wú)人機(jī)影測(cè)繪技術(shù)是三維測(cè)繪技術(shù)的一種，主要是傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，通過(guò)一個(gè)垂直相機(jī)和多個(gè)傾斜相機(jī)的組合，結(jié)合GPS、IMU定位定姿，采集建筑物的頂部、側(cè)面紋理影像信息，通過(guò)專業(yè)的三維影像拼接處理技術(shù)，生成建筑物傾斜三維模型，能夠真實(shí)還原測(cè)繪現(xiàn)場(chǎng)狀況?；趦A斜影像可以采集建筑物紋理、高度、長(zhǎng)度、位置等信息，可減少外業(yè)測(cè)繪工作量和人工成本，內(nèi)業(yè)判讀更加直觀，無(wú)人機(jī)主要用的是大疆的精靈4RTK，僅需要連接CORS系統(tǒng)，日常精度可滿足1∶500竣工測(cè)圖要求，滿足日照測(cè)量的建模精度要求。

2 日照測(cè)量

日照測(cè)量是采集建筑的關(guān)鍵點(diǎn)，構(gòu)建建筑的三維模型，為日照分析軟件提供相應(yīng)的建筑模型，模型內(nèi)容包括建筑物墻體和陽(yáng)臺(tái)窗戶的位置信息、高程信息、屬性信息、建筑物屋頂位置高度等。

以往外業(yè)多采用RTK+免棱鏡全站儀采集方式，三維激光掃描儀有一定的應(yīng)用，工作的重點(diǎn)是采集建筑物的側(cè)立面和屋頂坐標(biāo)點(diǎn)信息，內(nèi)業(yè)采用一體化成圖軟件展點(diǎn)連線，并編輯建筑物模型幢號(hào)、窗戶信息、分戶信息等。隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，外業(yè)全站儀組合采集模式被無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量代替，提高了外業(yè)采集的效率，常用的日照測(cè)量方式對(duì)比如表1所示。

表1 常用的日照測(cè)量方式對(duì)比

3 日照三維建模

傳統(tǒng)的日照測(cè)量方式采集的數(shù)據(jù)、無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量采集的全景數(shù)據(jù)，均需要轉(zhuǎn)化成日照分析軟件可用的三維模型，這個(gè)過(guò)程為日照三維建模。常用的日照分析軟件有眾智、天正、pkpm、我司自主研發(fā)的園測(cè)日照分析，何種軟件均需要一套完整的三維建筑模型，通過(guò)構(gòu)建建筑三維模型以及擴(kuò)展屬性數(shù)據(jù)做日照分析。本文主要介紹如何通過(guò)無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量采集的全景數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為園測(cè)日照分析可用的三維模型。

3.1 正射投影繪圖

利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量采集的正射投影影像，構(gòu)建建筑的屋頂建筑輪廓，主要通過(guò)Microstation Bentley V8i軟件平臺(tái)，參照TIFF格式的正射影像繪圖，繪圖過(guò)程需注意建筑的輪廓一般為垂直夾角，需要選擇一個(gè)長(zhǎng)邊作為主要的參照線，避免繪制的建筑不規(guī)整。須繪制最大的建筑屋頂輪廓、機(jī)房區(qū)域建筑輪廓、兩個(gè)塔尖的建筑輪廓，傾斜屋面的坡屋頂不用人工繪制，日照分析軟件均有工具可以自動(dòng)生成坡屋頂，后期僅需要核對(duì)高度和輪廓是否一致即可，正常的建筑屋面是按照一定的坡度比做出來(lái)的，軟件是根據(jù)這個(gè)原理實(shí)現(xiàn)坡屋頂?shù)臉?gòu)面。通過(guò)繪圖和軟件生成的建筑頂視圖，不同的建筑高度用顏色加以區(qū)分。

正射影像如圖1所示，日照建筑模型頂視圖如圖2所示。

圖1 正射影像

圖2 日照建筑模型頂視圖

由圖1、圖2可知，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量提供的屋面影像，能夠直觀構(gòu)建出日照分析軟件需要的屋面模型。

3.2 立體模型建模

利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量采集的三維模型，建筑的立面模型，立面模型主要包括建筑墻體輪廓、窗戶、建筑高度、窗臺(tái)高度、建筑層數(shù)、建筑層高、坡屋頂?shù)钠露鹊热照辗治鲕浖枰臄?shù)據(jù)。主要通過(guò)Microstation Bentley V8i軟件平臺(tái)，參照FBX格式的無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量三維全景模型。繪制墻體參照屋頂?shù)臉?gòu)面方法，保證建筑的方正。窗戶大小、高度數(shù)據(jù)可以直接在正立面的模型上繪制。建筑層數(shù)可以直觀地在正立模型圖上數(shù)。建筑層高可提取每層建筑相同部位的Z值，再進(jìn)行差值計(jì)算或直接在正立面模型上量取。建筑高度直接在三維模型上點(diǎn)取相應(yīng)的點(diǎn)，通過(guò)日照分析軟件，自動(dòng)提取點(diǎn)的Z值坐標(biāo)。三維模型對(duì)電腦的配置要求較高的問(wèn)題，可以通過(guò)三維模型單體化、區(qū)域化、減小模型文件的大小等方式為電腦減壓。三維全景影像如圖3所示。

圖3 三維全景影像

數(shù)據(jù)采集完成，須構(gòu)建日照分析軟件需要的三維模型，通過(guò)相應(yīng)的建模程序，結(jié)合通過(guò)正射影像繪制多邊形面域，立體模型提取高度文本數(shù)據(jù)構(gòu)建三維模型，建筑輪廓通過(guò)面域+文本的方式生成三維模型，窗體數(shù)據(jù)通過(guò)線段+文本的方式生成三維模型，日照三維模型如圖4所示。

圖4 日照三維模型

由圖4可知，懸挑建筑日照分析模型的構(gòu)建，需要更多的文本數(shù)據(jù)，可以通過(guò)三維的立體模型上獲得。如屋面的懸空構(gòu)架飄板的模型，須從無(wú)人機(jī)模型上獲取飄板頂標(biāo)高和飄板底標(biāo)高，按照從正射投影模型中獲得多邊形面域，構(gòu)建懸空的飄板模型，樓頂機(jī)房上的飄板。

坡屋面的構(gòu)建需要從正射影像獲取屋面輪廓面域，從立面模型獲取檐口高度、建筑基準(zhǔn)高度以及坡屋面的坡度比，根據(jù)這些數(shù)據(jù)建模程序自動(dòng)構(gòu)建坡屋面三維模型，坡頂屋面。

窗體建模主要通過(guò)采集到的窗體位置、窗體寬度、窗體高度、窗臺(tái)高度、建筑層數(shù)、窗體基準(zhǔn)高度、居室個(gè)數(shù)、窗體編號(hào)、窗體分戶信息、建筑編號(hào)等信息，寫入窗體模型中，一般采用多條線段的外加XDATA擴(kuò)展屬性方式構(gòu)建窗體，將以上的信息加以文本注記，通過(guò)建模程序根據(jù)建模時(shí)繪制的分戶線，批量寫入整幢建筑的窗體信息。后期模型查看時(shí)候，再通過(guò)程序構(gòu)建立面窗體，利用線段存儲(chǔ)窗體可以減少模型文件的大小，繪制比直接構(gòu)建矩形框窗體方便，提高軟件的執(zhí)行效率和人工建模的效率。

4 結(jié)語(yǔ)

無(wú)人機(jī)傾斜攝影在城市的三維建模、大比例尺地形圖測(cè)繪等領(lǐng)域已經(jīng)有廣泛應(yīng)用，采用這種方法進(jìn)行日照測(cè)量應(yīng)用，能夠更直觀地反映建筑的造型。構(gòu)建模型后，能夠和全景的影像進(jìn)行對(duì)比，可清晰查看存在差異的地方，且外業(yè)施測(cè)的效率高于傳統(tǒng)全站儀測(cè)量方式，提供的成果更加豐富，為后期規(guī)劃審批提供更全面的資料。