無人機傾斜攝影測量在城市竣工測量中的應用研究

李威

北京帝測科技股份有限公司 北京 102200

社會經濟的發展和城市化進程的不斷加快，測繪行業也迎來了巨大的發展機遇。在城市建設中，測繪技術作為一項基礎性工作，對保障工程建設順利實施、保證工程質量有著重要意義。因此，測繪工作要緊跟時代發展趨勢，不斷創新與發展[1]。

1 數據獲取

傳統的三維模型生產需要利用專業的攝影設備，而傾斜攝影測量技術不需要專業設備，僅需要一臺相機即可完成數據采集。在數據采集的過程中，無人機搭載的相機會按照預設好的角度進行拍攝，無需人工干預。在拍攝完成后，無人機會將影像傳輸到計算機中進行后期處理，得到最終的三維模型。因此，在傾斜攝影測量技術應用于城市竣工測量中時，不需要專業設備，只需一臺相機就可以完成數據采集[2]。相對于傳統的三維模型生產來說，傾斜攝影測量技術可以極大地減少外業工作量、提高工作效率。

傾斜攝影測量技術生產三維模型需要通過外業數據采集來實現，而外業數據采集則主要分為地面控制點數據和無人機影像數據采集兩個方面。地面控制點數據獲取是指將相機架設在目標區域內，利用控制點數據來確定目標區域中的建筑物等地物的平面位置、高程位置等[3]。當相機架設在目標區域內時，就可以進行傾斜攝影測量。地面控制點數據獲取的精度將直接影響到最終模型生產的精度。根據相關研究表明，地面控制點數據獲取的精度與無人機影像數據采集的精度存在一定差異。因此，在使用傾斜攝影測量技術進行三維模型生產時，必須對兩種數據采集方式進行對比分析。

在進行地面控制點數據采集時，一般是利用全站儀或者RTK等設備來完成，但是由于這些設備都需要人工干預來完成測量工作，因此需要耗費大量時間和人力物力。而利用無人機影像采集技術進行三維模型生產時則不需要人工干預，只需一臺無人機就可以完成測量工作。因此在城市竣工測量中使用傾斜攝影測量技術可以大大減少外業工作量、提高工作效率。

1.1 模型生產

傳統的航測技術在模型生產時，一般是采用人工貼圖的方式制作模型。在人工貼圖時，需要根據人工經驗和專業知識，選擇合適的貼圖方案和貼圖位置，因此工作量較大[4]。在傾斜攝影測量技術的應用下，通過采集多個相機的數據，再通過軟件對多張影像進行拼接處理，最后就可以得到準確的模型。基于該技術生產模型時，只需要對模型進行拼接即可，大大降低了建模難度和工作量。

1.2 數據采集

在城市竣工測量中，需要利用無人機搭載高分辨率相機來獲取影像數據，并進行數據采集。具體流程如下：（1）準備工作。首先，準備好無人機和相機，并檢查飛行設備的安全性能和電池性能；其次，將無人機掛載在旋翼無人機上，并安裝相機，然后將相機固定到旋翼無人機上，再連接電源；最后，將旋翼無人機掛載在固定翼無人機上。首先，打開計算機控制軟件，設置好參數，并對相機進行標定；然后，連接相機電源和計算機控制軟件；最后，啟動攝影測量系統。（2）數據采集。首先對無人機進行檢查和調試，確保無人機可以正常工作；然后對地面進行準備工作。在地面準備工作完成后，利用計算機控制軟件對相機進行標定。在此過程中需要注意的是：標定過程中要保證相機位置的準確性；數據采集過程中要確保數據采集的完整性和準確性。

2 傳統測繪方式和傾斜攝影測量方式的優缺點

傾斜攝影測量技術是一種新型的三維建模技術，主要是采用航空傾斜攝影的方式，獲取被測物體的傾斜影像，利用其數據處理軟件獲取地物三維模型，并通過將地物和建筑模型進行疊加分析，從而完成對地物的信息采集。與傳統測量方式相比，傾斜攝影測量具有以下優點。

2.1 數據獲取的時效性高

傳統的測繪方式，主要是通過人力或者是儀器設備的方式進行測量，雖然能夠較好地完成對建筑物的測量工作，但是其存在著較大的誤差，特別是在城市發展迅速的今天，很多建筑物都處于不斷變化中，因此很難對這些建筑物進行準確的測量，往往需要多次測量才能得到準確的數據。而在傾斜攝影測量方式中，通過傾斜攝影設備對建筑物進行拍攝，能夠獲得地物的三維模型，這就有效地解決了傳統測量方式所存在的誤差問題。同時通過傾斜攝影設備拍攝的地物模型具有較高的準確性，不需要對建筑物進行反復測量和修正，這樣就可以提高數據獲取的時效性。

2.2 操作簡單，方便快捷

傳統測繪方式需要專業的測繪人員進行測繪工作，而當前社會的不斷發展，人們對測繪人員的要求越來越高，不僅需要具備一定的專業知識，而且還需要具備較強的動手能力和實踐能力。但是對于傳統測繪方式來說，這兩種能力都不能很好地滿足人們對測繪工作的需求。而傾斜攝影測量技術在一定程度上解決了這一問題，只需要在電腦上安裝相應的軟件就可以完成對地形數據的獲取工作，而且操作起來非常簡單。相比于傳統的測繪方式來說，傾斜攝影測量技術具有更好地可實踐性和可操作性，能夠讓我們在短時間內掌握這一技術。而且對于一些大型建筑物而言，傾斜攝影測量技術能夠滿足其對地理數據的精確采集要求。

2.3 外業工作量少，成本低

傳統測量方式需要外業人員到實地進行測量，這種工作量較大的測量方式，不僅需要投入大量的人力、物力和財力，而且還會產生較大的成本。而無人機傾斜攝影測量技術所采用的是遙感技術，通過遙感技術對被測物體進行測繪，在外業工作中只需少量人員就可以完成外業工作，并不需要投入大量人力。并且，傾斜攝影測量所獲取的數據也不需要進行實地采集，因此不需要耗費大量人力物力財力去進行數據采集。

2.4 實景建模，直觀形象

傳統測繪方式主要是采用二維的影像數據，無法滿足三維信息的要求。而傾斜攝影測量方式，不僅可以將三維信息準確地表現出來，還能讓被測物體的外觀變得更加直觀。而且，利用傾斜攝影測量方式能夠對地物進行多角度的拍攝，并且能將所拍攝到的數據信息進行充分地利用，并能通過建模對地物進行直觀的展示，讓人更加容易理解地物的特點。但同時，傾斜攝影測量也存在一定的不足之處，如受天氣因素影響較大，且測量精度不高。所以在應用傾斜攝影測量技術時，應加強對天氣因素以及測量精度方面的控制，并及時采取措施進行完善。

3 工程概況

某小區是一個老舊小區，內部設施不完善，停車位不足，公共區域缺少綠化等。為改善該小區居民的生活環境，提高居住質量，項目方決定在該小區建設一個地下車庫。由于該小區內部地形較為復雜，建筑材料和施工工藝較為特殊，對地面竣工測量工作造成了很大的困難。同時，該小區內部環境復雜，項目方選擇使用傳統測繪方式進行竣工測量。但傳統測繪方式存在耗時長、成本高等問題。鑒于此，項目方決定使用無人機傾斜攝影測量技術進行竣工測量。無人機傾斜攝影測量技術具有成本低、操作簡單、效率高的特點，能有效解決傳統測繪方式存在的問題。

3.1 技術方案

該項目的無人機傾斜攝影測量技術方案中，航向和旁向重疊度均為75%，縱向重疊度為50%。通過搭載不同的飛行平臺，可以獲取不同角度的影像數據。在實際測量中，由于受到自然因素的影響，各個方向的影像數據都存在一定的差異，因此需要在控制點之間進行接邊處理，然后再進行三維建模。

通過對無人機傾斜攝影測量技術方案的應用可以發現，其不僅可以獲取真實可靠的地物信息，還可以采集到較為真實的地形地貌信息。由于該項目存在大量建筑物，因此在進行測繪工作時需要對建筑物的三維模型進行制作。利用無人機傾斜攝影測量技術所獲取到的影像數據和模型數據可以清晰地展現出建筑內部結構信息，包括墻體、柱子等。通過對建筑內部結構的分析和處理，可以得到相應建筑物的三維模型和實景照片。其具體方案如下：

3.2 應用效果分析

首先，使用無人機進行數據采集，獲取項目建設的相關數據，包括建筑物的高精度坐標、地物的高精度坐標和三維模型等。然后，利用無人機傾斜攝影測量技術對該小區的地物和建筑物進行三維重建，將三維模型與真實模型進行對比分析，并結合 DEM生成 DEM。最后，使用無人機傾斜攝影測量技術對該小區的地物和建筑物進行了平面和高程數據采集[5]。

通過將無人機傾斜攝影測量技術應用到城市竣工測量中，項目方對該小區的地物和建筑物進行了快速、準確的測繪，減少了人工測繪的誤差；同時，無人機傾斜攝影測量技術能快速、準確地獲取地物和建筑物的三維模型數據，對小區內地形和地物進行了全面細致地觀測；還能通過無人機傾斜攝影測量技術獲取小區內部空間信息。

4 具體作業流程

4.1 無人機航攝規劃

在航線規劃時，要嚴格按照航線規劃執行。由于無人機具有飛行高度低、飛行范圍大、可從不同角度拍攝等特點，因此可利用傾斜攝影技術進行規劃。在航線規劃時，要從不同角度對無人機進行拍攝，獲取高質量的影像。由于無人機航攝系統具有飛行高度低、成本低等特點，因此可以快速獲取數據，大大降低了航攝時間與成本。

4.2 攝影前準備

在進行攝影前，首先要進行航線規劃。在航線規劃時，要根據測區面積大小，合理安排航線數量、飛行高度、航向重疊度等參數。在航線規劃時，要嚴格按照設計要求進行規劃。在無人機飛行前，要進行必要的準備工作，包括航空測量設備的調試、無人機飛行參數設置、航飛計劃制定等。

4.3 航空攝影

在進行航空攝影時，需要對影像進行適當處理。首先要對影像進行預處理和空三加密處理；其次要對影像進行空中三角測量，對航線中存在的重疊度誤差和角度誤差進行糾正；最后要對影像的質量和精度進行檢查。

4.4 內業數據處理

在完成航空攝影后，要及時將數據導入到三維軟件中進行內業數據處理。內業數據處理包括影像預處理、空三加密、三維建模等步驟。其中影像預處理主要是利用空三加密的方法對航攝影像進行質量檢查。空三加密主要是通過控制點和 GPS來完成的。對于較遠距離的攝影，可以使用GPS RTK測量方法完成空三加密工作；對于近景攝影，可以使用無人機自動采集方法完成空三加密工作；在三維建模時，要按照設計要求對模型進行檢查和優化。

4.5 成果輸出

在完成數據處理后，需要將其導出到專業軟件中。主要包括格式轉換、模型編輯以及影像輸出等步驟。其中在影像輸出中，需要對原始數據進行處理并導出到專業軟件中。

4.6 外業數據采集

外業數據采集主要包括實地勘測和航空攝影兩種方式。在實地勘測時，要選擇合適的測繪區域并做好相應的保護措施；在航空攝影時，要根據航向重疊度和旁瓣重疊度選擇合適的拍攝角度和高度。

4.7 數據處理

在完成數據處理后，需要對處理結果進行質量檢查，并利用軟件對獲取的數據進行編輯和優化。首先要檢查處理結果是否符合設計要求；然后要根據模型特點對其進行優化；最后要對處理結果進行檢查和驗證。

4.8 精度評定

在完成外業數據采集后，需要對成果質量進行評定。首先要檢查航攝影像是否存在變形現象；然后要檢查點云數據是否存在誤差；最后還要通過外業檢驗來驗證外業測量結果是否符合要求。

5 應用效果分析

5.1 提高成果精度

傳統竣工測量主要是通過人工實地測量的方式獲取測繪成果，受到人為因素影響較大，結果不夠準確，而通過傾斜攝影測量技術獲取的成果具有真實、全面、直觀等優點，能較好地滿足竣工測量精度要求。

5.2 提高工作效率

由于無人機傾斜攝影測量技術在城市竣工測量中應用，簡化傳統的竣工測量工作流程，不僅縮短了工作時間，而且降低人員成本和物資成本。

5.3 節約作業成本

利用無人機傾斜攝影測量技術可以采集到豐富的地物信息，通過軟件處理，生成精度高、實用性強的專題圖、矢量數據等成果，同時還可以利用這些成果進行三維建模及規劃設計，對建筑規劃設計的合理性起到重要作用。

5.4 提高城市建設管理水平

通過無人機傾斜攝影測量技術，可以對城市的每一個角落進行精細化測繪，不僅可以準確獲取建筑物的位置、高度、大小等數據，還可以結合實景三維模型、矢量圖等，全面展示城市面貌。此外，還可以有效發現城市規劃過程中存在的問題，及時反饋給相關部門進行整改。

6 結語

綜上所述，本文通過對基于無人機傾斜攝影測量技術的城市竣工測量進行研究，證明了該技術在城市竣工測量中具有非常重要的應用價值，為城市竣工測量提供了一種新的測量手段。