無人機(jī)攝影測量在測算房屋建筑面積中的應(yīng)用分析

摘要：基于無人機(jī)攝影測量有利于解決當(dāng)前測量房屋建筑面積成圖效率低、測量精度低和工作強度大等問題，結(jié)合某地區(qū)測量房屋建筑面積項目，開展無人機(jī)攝影測量的應(yīng)用分析。為便于對無人機(jī)攝影測量結(jié)果的分析，從面積指標(biāo)計算、圖件制作、三維數(shù)字化測圖、數(shù)字正射影像制作、實景三維建模和無人機(jī)攝影等方面進(jìn)行應(yīng)用分析，并對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行精確度評估。研究表明：無人機(jī)攝影測量精度較高，建筑物邊長、房角點點位、高程和地形圖平面位置的誤差分別僅為4.5cm、4.6cm、4.2cm和4.6cm，其測量精度符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求；無人機(jī)攝影測量人工成本低，工作強度低，測量效率高，在房屋建筑面積測算具有應(yīng)用可行性。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)攝影測量；三維數(shù)字化；房屋建筑面積測算；精確度評估

0" "引言

測繪技術(shù)是城鎮(zhèn)的規(guī)劃發(fā)展的重要基石，然而傳統(tǒng)的測繪技術(shù)由于自身存在工作量大，出圖慢等問題，日益不能滿足房屋建筑物繪圖的時間限制，迫切的需要測繪技術(shù)的更新?lián)Q代來滿足城鎮(zhèn)建筑物信息統(tǒng)計的時效性需求[1]。無人機(jī)攝影測量在房屋建筑面積測算具有成圖效率高、測量精度高和工作強度低等優(yōu)勢，為房屋建筑物及其附屬構(gòu)筑物的量算、測繪和調(diào)查提供了便利，為城鎮(zhèn)建設(shè)、戶籍管理、稅費征收和產(chǎn)權(quán)登記等提供了建筑物的用途、權(quán)屬和地理位置等基本信息。

無人機(jī)（ unmannedaerial vehicle，UAV）攝影測量具有直觀勘察地面信息，超低空獲取建筑物信息數(shù)據(jù)的能力，為人們獲取地面建筑物高精度數(shù)據(jù)提供了可行性。隨著我國無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用在測繪領(lǐng)域的成本逐漸降低。目前，眾多學(xué)者對無人機(jī)攝影測量展開了眾多研究。單杰等[2]指出無人機(jī)傾斜攝影測量已經(jīng)在城鎮(zhèn)管理、城鎮(zhèn)三維建模、城鎮(zhèn)規(guī)劃和大比例尺測圖等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的高新信息采集技術(shù)。孫松梅等[3]指出UAV傾斜攝影測量技術(shù)具有精度高、獲取影像周期短﹑地面紋理信息豐富、獲取影像成本低和機(jī)動靈活等優(yōu)點，并具備了攝影瞬間獲取攝站點多視角影像數(shù)據(jù)、姿態(tài)信息和空間位置，克服傳統(tǒng)測量技術(shù)只能獲取水平影像的不足。周志才等[4]指出UAV測量技術(shù)制作的模型具有動態(tài)展示三維信息，可在模型上開展體積、面積、高度和距離等測算，同時UAV測量技術(shù)制作模型還具有豐富的實景紋理信息和高精度地理位置數(shù)據(jù)。董秀軍等[5]指出UAV攝影測量地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中，具有運行成本低、工作變得輕便，數(shù)據(jù)獲取效率高、靈活機(jī)動性高等優(yōu)點，在野外災(zāi)害調(diào)查中備受調(diào)查人員喜愛。韓健等[6-8]結(jié)合某地土方開挖項目，探究UAV傾斜攝影測量技術(shù)在土方開挖工程量測算應(yīng)用效果，并基于UAV數(shù)據(jù)測量技術(shù)得到的數(shù)據(jù)編制相應(yīng)測量技術(shù)方案，為今后測量工程提供技術(shù)借鑒。

本文以某地區(qū)“一查三整頓”建筑面積測算項目（測量橫向課題）為工程背景，從面積指標(biāo)計算、圖件制作、三維數(shù)字化測圖、數(shù)字正射影像制作、實景三維建模和無人機(jī)攝影等方面進(jìn)行應(yīng)用分析，并對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行精確度評估。為今后城鎮(zhèn)房屋建筑面積快速測算提供技術(shù)支持和參考方案。

1" "工程概況

本文以某地區(qū)測量房屋建筑面積項目為依托，開展UAV傾斜攝影測量。項目所在地位于該地區(qū)的主城區(qū)，該地具有35個綜合性小區(qū)（商住混合型），本文選取其中一個綜合性小區(qū)為UAV攝影測量對象。2015年建成該小區(qū)，為藏鄉(xiāng)風(fēng)情式建筑，目前擁有512戶居民，除一號樓為高層建筑（商住混合型），其余9棟均為多層建筑物。

無人機(jī)采用CW-15型復(fù)合翼無人機(jī)，并搭載睿鉑DG4Pros相機(jī)（五鏡頭），組成UAV傾斜攝影測量系統(tǒng)。UAV攝影測量系統(tǒng)具有高精度監(jiān)測、自主精準(zhǔn)垂直起降和用工少等優(yōu)點，地面分辨率能達(dá)到15mm，航向重疊度和旁向重疊度分別為75%、70%，能在100～200m航高自主完成航線測量。

2" "研究分析方法

2.1" " 測量技術(shù)方案

結(jié)合衛(wèi)星定位系統(tǒng)的（GSCORS）網(wǎng)絡(luò)，在連續(xù)運行基準(zhǔn)站網(wǎng)下，采用RTK測量方式獲得檢查點坐標(biāo)數(shù)據(jù)和像控點數(shù)據(jù)。按照“稀少”模式在小區(qū)布置數(shù)據(jù)點（小區(qū)呈矩形分布，在其四角和中間各設(shè)1個像控點。同時，在小區(qū)內(nèi)部選20個特征點來評估數(shù)據(jù)精度，具體房屋建筑面積測算技術(shù)流程如圖1所示。

2.2" " 測量數(shù)據(jù)處理

UAV航空攝影測量結(jié)束后，結(jié)合Context Capture軟件對機(jī)載POS數(shù)據(jù)、Rover數(shù)據(jù)和Base數(shù)據(jù)進(jìn)行差分解算，獲得開展數(shù)字正射影像制作和實景三維建模所需要的高精度POS數(shù)據(jù)，并基于GSCORS（似大地水準(zhǔn)面模型）對數(shù)據(jù)進(jìn)行精確度檢查。

2.3" " 圖件制作

基于制圖標(biāo)準(zhǔn) GB/T20257.1—2017的規(guī)定，將攝影測量獲得的三維數(shù)字化OSGB格式數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化為EPS三維測圖系統(tǒng)所需的DSM格式數(shù)據(jù)。然后進(jìn)行數(shù)據(jù)加載構(gòu)建三維實景模型，并對模型進(jìn)行顏色渲染。用二維和三維窗口聯(lián)動來獲取三維數(shù)字化構(gòu)建。對內(nèi)業(yè)無法定性的構(gòu)筑物或者地表信息，通過外業(yè)調(diào)繪和補測來進(jìn)行完善，并在獲取數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，在模型上通過圖形修飾進(jìn)行編輯補充，來完成整體小區(qū)房屋建筑面積信息圖制作。

2.4" " 面積量算與指標(biāo)計算

選取小區(qū)一號樓為例面積量算和指標(biāo)計算示例，如表1所示。

3" "測量精度評估

3.1" " 地形圖精度評定

在小區(qū)內(nèi)選取20個特征點，分析其高程和平面位置誤差，驗證地形圖的精確性，特征點誤差值演化規(guī)律如圖2所示。△X、△Y、△Z代表圖解位置所對應(yīng)的三維坐標(biāo)與實際檢測值的誤差。

3.2" " 房角點點位精度評定

房角點點位測量是判斷房屋建筑面積精度的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。為確保建筑物實際三維坐標(biāo)的準(zhǔn)確性，利用全站儀以極坐標(biāo)法對小區(qū)內(nèi)部建筑物的115個房角點進(jìn)行測量，將其獲得數(shù)據(jù)與攝影測量數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，分析房角點點位誤差，具體結(jié)果如表2所示。

3.3" " 建筑物邊長精度評定

基于小區(qū)內(nèi)10棟房屋建筑的邊長來進(jìn)行精度評估?；诩す鈩t距儀和鋼尺獲得的測量數(shù)據(jù)，來分析UAV傾斜攝影測量數(shù)據(jù)的可靠性，并將兩者數(shù)據(jù)進(jìn)行相差，分析UAV攝影測量邊長的誤差值，詳細(xì)結(jié)果如圖3所示。

3.4" " 房屋建筑物面積精度評定

基于UAV傾斜攝影測量技術(shù)，構(gòu)建的數(shù)字正射影像和實景三維模型，通過模型計算出圖上每幢樓的基底面積。同時，通過全站儀對該小區(qū)每棟樓進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測，通過其數(shù)據(jù)來評估UAV攝影測量房屋建筑物的精確度，兩數(shù)據(jù)的誤差如圖4所示。根據(jù)《房產(chǎn)測量規(guī)范》（GB/T 17986—2000）中的規(guī)定可知，UAV攝影測量數(shù)據(jù)誤差，均低于標(biāo)準(zhǔn)限定值。

4" "結(jié)論

本文為探究無人機(jī)攝影測量技術(shù)在房屋建筑面積測算中的應(yīng)用可行性，通過無人機(jī)攝影獲取測量數(shù)據(jù)，并從面積指標(biāo)計算、圖件制作、三維數(shù)字化測圖、數(shù)字正射影像制作、實景三維建模和無人機(jī)攝影等方面進(jìn)行應(yīng)用分析，證明無人機(jī)攝影測量技術(shù)在房屋建筑面積測量中的應(yīng)用可行性，研究結(jié)論如下：

基于無人機(jī)攝影測量技術(shù)的突出優(yōu)點，在某地區(qū)的“一查三整頓”建筑面積測算（測量橫向課題）可提供快速有效的解決方案。在保證測量精度的前提下，提高了其成圖效率、降低了外業(yè)工作強度，彌補當(dāng)前建筑面積測量耗時耗力的不足。

隨我國城鎮(zhèn)化的發(fā)展，城市建筑量和城市面積逐年提升，多造型的建筑形式在城市逐漸增加，為城市的房屋建筑物測繪提出了諸多挑戰(zhàn)。無人機(jī)攝影測量相較傳統(tǒng)的測繪技術(shù)，具有測繪精確度較高，工作效率高和出圖效率快的突出優(yōu)點，便于應(yīng)對當(dāng)前城鎮(zhèn)測繪時效性的需求。在建筑物地下空間測繪時，可考慮三維激光掃描技術(shù)和無人機(jī)攝影測量技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，這將是探究建筑物一體化測繪的重點研究方向。

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