基于無人機傾斜攝影的城市建設規劃核實方法研究

謝小梅

（龍巖市勘察測繪大隊，福建 龍巖 364000）

1 引言

城市建設規劃核實工作目前所應用的規劃核實方法基于測距儀、全站儀等，存在著投入大、效率低的劣勢，而無人機傾斜攝影技術的引入將實現效率與成本雙控目標。借助此項技術可形成三維實景模型的應用效果，在采集待測區域或項目的相關要素后，將動態展現建筑區域的形狀、高度和位置信息，對于核實測量成果有著正向作用。

2 工程概況

以某建設項目為例，研究基于無人機傾斜攝影技術的城市建設規劃核實方法。本項目規劃用地紅線面積308 213.34 m2。本次測區具體范圍：東至蔣武路，南臨瓦饒溪，西臨龍巖北出口，北至北外環。測區為廠房，房屋以車間為主，周圍居民地較密集，測區困難類別為Ⅱ類區。作業中遵循技術規劃書中的原則，按地形、地物要素的采集、表示要求進行了測繪，采用全站儀、無人機等設備進行數據采集，通過EPS 三維測圖系統繪制1∶500 的地形圖。

3 基于無人機傾斜攝影的城市建設規劃核實方法

3.1 無人機傾斜攝影模型建立

模型建立的基本流程為：現場勘查，布設像控點→航線設計→影像檢查與預處理→空三加密→糾正DSM，生成TDOM→生成實景三維模型→規劃要素采集。

規劃核實測量工作展開需以區域內的三維模型為參照，通過現場勘查作業區域，并結合規劃范圍布置像控點[1]。飛行前要充分了解現場情況，結合地空狀況布控飛行軌跡和路線。采取動態檢查的控制辦法，撥正飛行區域完全覆蓋核實范圍，根據質量要求監測在無人機飛行期間準確記錄發回的影像數據。完成飛行任務后，在軟件中輸入傾斜相片、位置數據、傳感器參數和相機參數，并進行預處理，檢查影像質量，人工建立影像與控制點間的關系，匹配多視影像。構建航攝像機、航攝地物和航攝相片間的關系，完成測量空中三角的任務，整體對不規則三角網加密。糾正DSM 影像，生成TDOM，獲取模型結構。利用紋理修正方法，使得到的實景三維模型更為準確和精細[2]。結合實踐經驗可知，采集規劃下模型規劃像素要根據影像地面分辨率而定，當超出0.02 m 時，應當進行采集，如此可將精度控制在0.02 m 以下。

布控像控點要根據無人機傾斜攝影規范確定，盡可能挑選視野開闊的區域作為像控點，避免因其他物體遮擋像控點。地物選擇要滿足不易移動和被破壞的要求，保證外控點標識特征明顯。在本工程中，所選擇的外控點是道路標線的折點，并在無人機航飛前將外控點處布置標靶，提高參照清晰度。合理檢定外業控制點聯測儀器，起算點設置在已有的測區控制點，借助CORS 原理進行差分解算。由于在核實區域存在少部分網絡信號接受能力弱的點位，需要引入快速靜態定位測量方法，依據CJJ/T 73—2019《衛星定位城市測量技術標準》。

無人機起飛前要勘察航線覆蓋區域是否受到機場、障礙物、強磁性建筑體的影響，在排除影響后，適當外擴測區的線路規劃范圍，依據測量范圍內的最高建筑體確定飛行和返航高度，要求航行高度超出最高位置，并在測區中心位置安置起降點。航行前要確定天氣情況，需要在10：00～15：00 的晴朗無云天氣開展航測工作，并保證預定航高與實際航高間的差值不得超出5%，最大與最小航高間的差值不超過30 m，每條航線間不允許存在絕對漏洞和相對漏洞，航向重疊度、旁向重疊度不得低于80%。

配合應用全站儀，處理數據。全站儀于控制點上設站采集的地物點與地形點，或采用網絡RTK 采集明顯地物與地形點，在內業對影像平面與高程質量進行比較分析，外業數據采集時要求種類包含全面、具有典型意義，點位分布均勻、兼顧明顯與隱蔽，采樣比例適中、能夠反應特征[3]。

3.2 規劃核實應用要點

作業中，已按照地物點的分類和技術設計中地形、地物要素的采集、表示與細部測量技術要求以及相關規范要求，布設量測像控點，通過大疆精靈4RTK 無人機獲取的航空攝影數字像片，在ContextCapture Center 數字攝影測量系統上采用光束法區域網空三加密對外業像控成果進行加密，建立測區地形仿真三維模型，通過全站儀、RTK 實地采樣地物、地形點驗證三維模型的平面和高程精度，在滿足精度要求條件下，再通過清華山維EPS3DSurvey 三維測圖軟件，以ContextCapture Center 軟件生成的三維模型為基礎，通過裸眼采編技術制作1∶500 數字線劃地形圖。最終提供符合要求的地形圖[4]。

航向重疊度80%，旁向重疊度80%，旋偏角低于25°，傾斜角小于3°，航線彎曲度小于3°。總飛行架次為4，地面分辨率0.02 m，攝區面積0.31，相對航攝高度為100 m，像控點9 個，點號命名為L01，L02，…，L09。在重疊度滿足范圍線內業生產要求的前提下，本次作業在航線規劃時外擴距離為100 m，保證了范圍最邊緣區域的完整性以及后期建模不會出現因照片重疊度不夠而導致的模型重建時出現房子、植被等地物破碎等質量問題。

3.2.1 外業數據獲取

大疆精靈4 RTK 相機采用內置相機，相機有效像素2 000萬，最大分辨率為5 472×3 078（16∶9）、4 864×3 648（3∶2），相機焦距為35 mm，相對高度100 m，分辨率為2.74 cm/pix，滿足項目地面分辨率優于5 cm 的要求。ContextCapture Master 自動建模系統中自動完成空三計算，采用光束法區域網整體平差方法進行[5]。完成空三解算，選取坐標系，導入相應的像控點，并完成刺點。

3.2.2 內業數據獲取

居民地、工礦建筑、道路設施、管線設施、水系設施、水稻田等地形地貌測繪采用自動化建模軟件和EPS 三維測圖軟件的三維測圖模塊，以ContextCapture Master 軟件生成的三維模型為基礎，通過裸眼采編技術生成滿足1∶500 數字線劃圖規范要求的地形圖。本測區采用EPS2019 地理信息工作站進行圖形編輯，內業編輯過程中注意了業務技術的統一，圖層、線型、代碼、字體、字高、字寬、均按GB/T 20257.1—2017《國家基本比例尺地圖圖式 第1 部分：1∶500 1∶1000 1∶2000 地形圖圖式》的要求執行。

3.2.3 規劃核實內容

1）核實用地：本項目為出讓地，其用地以土地出讓時的“出讓用地紅線”為準，故在詳圖中以“審批出讓紅線”落圖，并結合項目建設情況，分析形成的實景模型是否存在“超越用地紅線”現象。在實景三維模型中加載用地紅線，采集模型中建筑物的條件點坐標，比對成果坐標和模型所采集的坐標，判定條件點是否正確[6]。

2）計容建筑面積分層圖繪制與面積測算：建設用地面積以管理部門正式批準用地范圍的面積為準，計算出本項目的建筑基底面積、計容建筑面積。規劃計容計算建筑面積執行的是國家標準GB/T 50353—2013 《建筑工程建筑面積計算規范》。房產測繪中計算房屋面積是依據國家標準GB/T 17986.1—2000《房產測量規范 第1 單元：房產測量規定》。執行標準不同，兩套規范對面積計算的具體規定存在不一致的地方，導致計算結果也會不一致。參照表1 要求對比實景模型確定是否滿足要求。為了保證建設工程能夠按照規劃許可進行建設，在竣工之后對本工程進行規劃計容面積核實測量和房產面積測繪。

表1 面積測算精度要求

3）建筑物四至距離及相對關系要素：量測三維模型上四至距離和相對關系，利用軟件自帶量圖功能，對比設計數據和量測數據，判定是否準確。

4）建筑物面積、尺寸和高度要素：量測三維模型上建筑物的長寬高，結合量測數據求出對應的面積，將底層面積、尺寸和高度與規劃數據比對，判定是否準確[7]。

3.3 數據驗證及分析

3.3.1 坐標精度

整理規劃核實項目中的坐標數據，統計檢測點和外業實測點，形成表2 所示統計表。

表2 精度統計表

結合式（1）和式（2）計算各測量點的坐標較差，形成誤差統計圖。通過分析統計圖，發現坐標較差最大為20 cm，且主要分布在1～10 cm，說明坐標精度滿足規劃需求。

式中，ΔX 為坐標較差；n 為檢測點總數；m 為成果中誤差；ΔX為X 方向的較差；ΔY 為Y 方向的較差。

3.3.2 邊長精度

整理9 個布控點位上的邊長要素數據，采集規劃核實項目實景三維模型中的建筑邊長、四至距離和高度，統計邊長具體數值，對比實地量測和模型采集數據，作差后取絕對值形成差值分布圖。按照差值0～1 cm、1～5 cm、5～10 cm、10～15 cm、15 cm 分別統計邊長數量，經統計，以上差值范圍下的邊長數量分別為9、80、21、4、2，求出的平均值為4.2 cm。可以看出，實測邊長與模型采集邊長的差值平均為4.2 cm，說明核實城市建設規劃中的外圍長度要素可應用無人機傾斜攝影測量技術。

4 結語

綜上所述，基于無人機傾斜攝影的城市建設規劃核實方法能夠應用于實際工程中，所形成的實景三維模型可真實反映核實區域的建筑特點。經驗證，案例規劃項目中，核實坐標精度可基本控制在1～10 cm，邊長精度基本控制在4.2 cm 左右，符合規劃核實測量技術要求。后續研究中要從檢測機器人聯用等智能化角度予以著手，以此貼合當前技術智能化發展方向。