無人機遙感在房產(chǎn)測繪中的應用

邢 帥，胡少輝，薛波波，王召舉

（中國建筑第七工程局有限公司，河南鄭州 450000）

0 引言

目前無人機遙感技術(shù)在測繪市場占比逐年增長，其特點作業(yè)高效、機動性強、精確程度高、成本低廉得到業(yè)內(nèi)的廣泛認可。現(xiàn)階段，除軍事禁區(qū)、航空管制區(qū)外，超低空飛行很少受到限制，無人機在保證安全的前提下生產(chǎn)成本越來越廉價，在今后的生產(chǎn)生活中有更廣闊的發(fā)展空間。

1 項目概況和范圍

吉利區(qū)處于洛陽市的東北部，南邊于孟津縣緊一黃河相隔，周圍分別接壤濟源市和焦作孟州市。春季和冬季雨量較少，夏季雨量充沛，屬于北溫帶大陸性氣候。本項目位于洛吉快速路和河陽路岔口，總建筑面積約324500m2。

2 具體實施

2.1 測繪基準

坐標系統(tǒng)采用西安80，大比例尺投影采用高斯3°帶劃分，項目區(qū)處于西111°帶至東114°帶中央子午線正中間位置，平面和高程投影形變量很大，為滿足項目需要采用自由坐標系，中央子午線定為112°30 分；平面投影變形小于2.5cm，同時滿足城市測量規(guī)范。高程采用85 國家高程基準。

2.2 控制測量

規(guī)劃院提供的GPS 控制點共11 個，因提供的控制點分布不均勻，在此基礎(chǔ)上利用GNSS 接收機進行加密控制，10 個控制點參與參數(shù)計算，計算類型為四參數(shù)+高程擬合，1 個點作為控制檢核點；加密過程中GNSS 接收機觀測衛(wèi)星截止角度大于15°，衛(wèi)星觀測總數(shù)量共 30 顆。精度系數(shù) PDOP 值 1.4，平面精度HRMS0.0057，垂直精度 VRMS0.009。

2.3 像控點的布設(shè)

項目區(qū)域為‘L’型，像控點有效的控制整個項目區(qū)域。像控點選擇明顯的地物拐角處，影像大于0.2m，交點良好，便于內(nèi)業(yè)“刺點”。現(xiàn)場刺點選擇東地塊洗車棚，水廠鋼筋棚，西地塊圍墻等目標點清晰且明顯，特別注意陰影處和有弧度的地物不能作為刺點目標。所選像控點在采集過程中，需要考慮周邊物體對衛(wèi)星信號的干擾，保證像控點距離高壓線50m 以上，注意周邊高大的建筑遮擋或高大灌木等遮擋，遠離大功率無線電發(fā)射臺，附近更無大型水面等易產(chǎn)生多路徑效應的影響。保證成果精度滿足規(guī)范要求，在實施過程中像控點的精度也大于圖根點的精度要求，舉例圖根點的高程和點位中誤差如表1 所示。

表1 圖根點高程中誤差和點位中誤差[2]

2.4 航線飛行方向設(shè)置

項目區(qū)域分四個地塊，東地塊、社區(qū)服務中心、水廠小學在南北軸線上，西地塊突出為正方形。使用大疆無人機作為本次航飛工作，該機經(jīng)濟且靈巧，主要應用于低空攝影測量領(lǐng)域。它的特點：高性能成像系統(tǒng)、小巧便捷、操作簡單、精度較高具備厘米級導航定位系統(tǒng)。航線以長邊南北方位角為航線方向，西地塊也以南北方位角為航線方向。航線彎曲度顯示在1.5%～3%之間，實際無人機飛行線路與設(shè)計航線偏離在像片上小于1cm。像片的傾斜角也不大于2°。航向方向重疊度在60%~65%之間，旁向方向間隔在30%~35%之間。

2.5 像片質(zhì)量

無人機作業(yè)時，光照充足，又避開中午前后2h，無薄霧，霾天氣透明良好。良好的設(shè)計保證了像片成圖的清晰，且能清晰的辨別出地面較小地物的影像。數(shù)字化航攝比例尺、成圖比例尺和地面采集距離比較合理，滿足相關(guān)規(guī)范要求，三者對應關(guān)系如表2所示。成像反差1.1~1.2 比較適中，色彩飽和鮮明，層次感也比較豐富。相鄰像片拼接時，沒有出現(xiàn)明顯的錯位、重影現(xiàn)象，影像成果也沒有出現(xiàn)偏移且整體特別清晰。影像出現(xiàn)瑕疵，但影像連續(xù)出現(xiàn)瑕點數(shù)在2 個以下。雖然本次影像成果有一定的瑕疵，下階段立體模型的拼接并不受影響，不均勻像片變形小于萬分之三，滿足為下階段三維建模的使用。

表2 數(shù)字化航攝影像對應關(guān)系

2.6 影像自動化處理

xtCapture（以下統(tǒng)稱為smart3D），作為無人機航空影像的處理軟件。smart3D 作為一款實景建模軟件，能夠通過分析無人機所拍攝的傾斜攝影影像數(shù)據(jù)，能夠快速生成三維模型，直觀的反映現(xiàn)實環(huán)境用來服務于各種類型的基礎(chǔ)設(shè)施項目。這些三維模型可應用到項目啟動、設(shè)計、施工等全生命周期，為管理人員運營決策提供實時、精確的背景。無人機影像導入：打開smart3D 軟件，新建工程，選擇影像工具模塊，添加無人機拍攝的航空傾斜攝影影像，之后選擇導入位置，從POS 文件中導入影像位置和角元素。POS 系統(tǒng)分為兩部分，第一部分為慣性導航系統(tǒng)（IMU），第二部分GPS 為全球定位系統(tǒng)，也稱為IMU/GPS 集成系統(tǒng)。無人機在攝影作業(yè)時，可通過POS 系統(tǒng)技術(shù)手段，獲得曝光瞬時三維坐標三個（x、y、z）和姿態(tài)角（φ、ω、K）外方位元素共 6 個，即影像位置和角元素。影像檢查：在導入影像完成后，選擇3D 視圖工具模塊，觀察導入影像在空間中的位置分布，對視圖中偏離航帶的影像POS 信息，進行檢查和校驗，并選擇修正POS 信息還是剔除不正確影像。完成影像的剔除后，選擇影像工具模塊下的檢查影像文件，對文件完整性和尺寸進行校驗，對異常影像進行修正，確保所有影像能完整加入。

2.7 空間三角測量

空中解析三角測量：在無人機影像導入?yún)^(qū)塊中，首先將空中三角高程測量數(shù)據(jù)選擇提交，之后要注意數(shù)據(jù)參數(shù)的設(shè)置，待參數(shù)無誤提交，下一步將對三角測量數(shù)據(jù)進行計算，需將smart3D引擎打開，設(shè)置無誤smart3D 將對三角測量數(shù)據(jù)自動計算，像控點參與聯(lián)合平差，待第一次空三完成后，選擇測量工具模塊，將用GNSS-移動站采集的像控點坐標導入，在影像圖片中將測量像控點坐標提前標注，每幅影像圖片控制點需三個以上進行刺點，且三幅以上影像圖片需同一個控制點。

2.8 DEM 的生成

三維模型的構(gòu)建：選擇新建重建項目，對所需生成的DEM范圍及空間參考系統(tǒng)進行選擇，提交新的生產(chǎn)項目，選擇生產(chǎn)任意格式的三維網(wǎng)格，設(shè)定三維模型參數(shù)，開始構(gòu)建三維模型。DSM的構(gòu)建：三維模型構(gòu)建完成后，再次提交新的生產(chǎn)項目，選擇生產(chǎn)正射影像DSM，DSM 的參數(shù)，開始構(gòu)建數(shù)字地表模型DSM。DSM 的 TIFF 影像拼接及 DEM 構(gòu)建：smart3D 生產(chǎn)出的 DSM 是以TIFF 作為格式的分片式存儲，因此需要將TIFF 影像進行拼接。打開ArcGIS 軟件，選擇鑲嵌至新柵格工具，輸入DSM 的分片數(shù)據(jù)，填寫參數(shù)后，軟件將自動進行TIFF 影像的拼接，鑲嵌完成后，可以在ArcMap 中預覽到拼接的結(jié)果，之后在ArcGIS 中對DSM 模型進行高程提取，即可生成DEM。DEM 精度分為一、二、三級，規(guī)范中也常用網(wǎng)格點的中誤差作為數(shù)字高程模型的成果精度，采集點的最大誤差不得大于高程中誤差的2 倍。如表3 所示。

表3 數(shù)字高程模型網(wǎng)格點高程中誤差[7] 單位：m

3 結(jié)語

無人機技術(shù)廣泛應用于各個領(lǐng)域，前段時間長江流域洪災，無人機在應急測繪保障中發(fā)揮了巨大的作用；十三五提出智慧城市建設(shè)，無人機在數(shù)字化城市建設(shè)中逐步提升保障能力；無人機攝影測量是對傳統(tǒng)測量技術(shù)的升華和補充，野外數(shù)據(jù)采集是面向迅速敏捷化、高精度化、自動化一次新的革命。將來的無人機安全性更高、運行花費更小，技術(shù)更成熟，期待無人機攝影測量技術(shù)為生產(chǎn)生活發(fā)揮更大的作用。