无人机倾斜摄影测量在城市建筑物竣工测量中的应用

卢海城

（龙岩市勘察测绘大队， 福建 龙岩 364000）

0 引言

随着城市经济的稳定发展，城市规划在城市建设中扮演的角色越来越重要。作为城市建筑工程监督测量中必不可缺的环节，竣工验收测量能够为相关规划行政部门提供必要的依据，并具备法律意义与权威性。倾斜摄影测量技术通常是指借助相同飞行平台来进行传感器搭载，同时从四个倾斜与一个垂直这五个角度来进行图像采集，该类技术结合低空多视镜头以完成高清立体影像数据，从而实现立体地理信息模型的自动生成。本文所研项目是以倾斜摄影测量与实景建模技术融入到现有竣工测量技术的路线中，形成一种新的竣工测量作业方式，该作业方式可以降低相关人员的野外工作量，尽可能在室内完成实景要素的采集。最后，技术人员必须要进行科学的调绘与补测，最后得出适应要求的竣工测量数据。

1 技术原理分析

无人机倾斜摄影测量技术是通过获取地面目标五个方向的信息，将这五个方面的信息进行融合建模，和传统摄影方法的只采集一个方面信息有着很大区别，同时结合了惯性导航系统，更加准确地获取无人机的位置和姿态信息，完成外业的无人机数据获取。在内业过程中，借助特定的三维建模软件进行内定向、相对定向、绝对定向等数据处理，完成实景三维模型的建设。无人机摄影测量有许多优点，大致可分为三类。

1.1 精度高

从无人机倾斜摄影测量的工作原理出发，从正摄、前、后、左、右五个方向进行工作，它从不同角度对地物的特征进行综合测量，更真实地反映了地物的实际情况，使数据可用，结果与真实世界无限接近，弥补了传统测量方法的不足。

1.2 可实现性

无人机倾斜摄影可采用支撑部件，所获得的数据可以实时测量地面物体的高度、长度、面积和角度。

1.3 结构优越性

与传统的无人机测量方法相比，无人机倾斜摄影测量有其独特的优势，如获取的建筑物标高信息更为丰富；在获取建筑立面信息时具有建筑表面的纹理信息，在三维模型的构建中起着重要的作用。

2 测量技术流程

2.1 测量仪器与软件

与传统竣工测量不同的是，外业工作主要是借助无人机倾斜摄影测量技术来获取数据，同时会制作像控点来满足无人机倾斜摄影测量的要求，无人机从建筑物的五个方位获取目标的详细信息，满足竣工测量的精度要求。然后，内业处理也是与传统竣工测量有责很大的区别，传统竣工测量侧重于在CAD 上面进行竣工地形数据的采集，而采用倾斜摄影测量之后，侧重于实景三维模型的搭建及基于实景三维模型的下的地形图资料生产。它主要是以相关影像资料、定位信息与相机参数等数据作为基础支撑，借助专业三维重建软件在全数字测量工作站以实现空中的三角测量，接着完成实景三维模型的重建工作。

（1）无人机倾斜低空摄影技术

利用无人机的灵活性和可扩展性，配置多个镜头完成拍摄并获取地面数据，同时无人机应具备定位及惯性导航系统，如果定位系统为后差分或实时差分信息更好，能获取更为精准的无人机初始资料，为后续的内业工作提高效率。

（2） GPS 虚拟基站技术

无人机航拍装备后差分PPK 模块，需要GPS 虚拟基站数据对POS 数据进行后差分校正。本项目的GPS 虚拟基站技术基于相关省份的CORS 系统，虚拟项目区域位置和飞行时间的静态基站数据，目的是实现后差分姿态校正，提高卫星定位精度初始POS 值，同时在像控点测量时主要也是基于该系统。

（3）实体三维模型重建技术

利用真实三维建模技术，建立各块的真实三维模型，并将现场真实场景移入室内进行多角度显示和映射。利用航拍结果匹配真实地表的DSM，在进行三维建模的同时可以得到包括建筑物和其他高于地面的物体在内的各个位置侧面的真实纹理。通过该技术的实现，获得了真实的三维场景，为绘制竣工图元素的飞行映射创造了基本环境。

（4）三维模型测量与传统测量相结合

传统的三维模型测绘是利用航拍空间对低视角镜头进行三维建模。在这种方法中，局部区域将包含投影差分，并进入三维真实场景界面进行三维真实场景模型映射。场景透视图可以任意旋转，消除投影差异，提高运算速度并保证结果的准确性。

3 应用案例

3.1 工程概况

该测区位于龙岩市西片区，测区由36 栋中低层商品房构成，周边是其他住宅区，需要测绘的竣工面积约2.9 万平方米 。采用大疆精灵4RTK 无人机实施航摄，深圳市大疆创新科技有限公司的DJI Terra 软件进行空中三角测量及全自动三维建模，竣工地形图使用航天远景的MapMatrix 5.0 平台下的倾斜测图模块，在高精度三维模型的基础上采集二维矢量信息。。

3.2 航线布设及数据获取

根据竣工测量要求的区域进行以外扩的方式确定飞行范围，然后按照一定的参数进行航线规划设计，但是要保证航向重叠度保持在70%，旁向重叠度在60%。首先，航线布设采用摄影测量3D(井字飞行)，建筑物最高高度在30 米左右；其次，为了保证保证建筑物的边缘能够准确的成实景三维模型，航线应超出实际测区的边界线至少一条基线。本项目共布设航线32 条，航向重叠度设置为75%，旁向重叠度设置为65%，飞行高度为60 m，计算的地面分辨率为1.50 厘米。。

本项目飞行5 个架次，共获取5 组倾斜影像数据，共计990 张照片。

3.3 空三加密自动建模

在DJI Terra 中新建工程，添加843 张影像数据，POS 信息自动识别，建图场景选择普通场景，重建清晰度选择高，模型选择OSGB 格式，输出坐标系选择CGCS2000-3-degree-Gauss-Kruger-CM-117E，像控点管理中导入像控点并进行刺点，然后进行空三计算，空三结算成功后开始自动建模，最后重建三维倾斜模型

3.4 矢量测图

采用航天远景的MapMatrix 5.0 平台下的倾斜测图模块，它可以基于倾斜数据直接对建筑物矢量、点状地物进行测量。采集过程中按照地形图规范，严格遵地物的不同编码，以便更好的导入CASS 进行成图。

3.5 成果精度分析

严格按照《城市测量规范》中建筑竣工测量地形图的测量精度要求可知，竣工测量的主要地物点相对于临近图根点的点位中误差不大于50 mm，次要地物点相对于临近图根点的点位中误差不大于70 mm，地物点间距中误差不大于50 mm。高程点相对于临近图根点的高程中误差不大于40 mm。

(1)实测小区内分布均匀的建筑物拐角坐标点29 个、高程点14 个，统计点位中误差。

(2)实量小区内分布均匀的建筑物、构筑物边长或间距25 条。

4 结论

在工程竣工测量中，采用无人机倾斜摄影测量可以满足测绘精度要求，提高测绘效果和生产效率，丰富测绘成果。但它也有一些局限性。地面分辨率的缺乏将影响制图的精度。在今后的研究工作中，需要充分结合项目的实际情况和现代科学技术，完善无人机倾斜摄影测量技术。