基于低空无人机倾斜摄影测量技术的三维模型构建及精度分析

冼学文

（中山市东凤测绘工程有限公司，广东中山 528400）

倾斜摄影测量技术作为一种当下比较先进的技术，常见于在智慧城市建设应用场景中进行应用，而在工程测绘领域，该项技术仍有着较大的应用开发空间。为了有效推动倾斜摄影测量技术在实际测量工程中进行广泛的应用，使得该项测绘技术的作用价值得到充分的体现，提高建筑工程领域测绘工作的效率，结合实际案例，以无人机作为技术应用载体，分析了无人机在建筑工程测量中的具体应用，希望无人机倾斜摄影测量技术在建筑测绘领域也能够发光发热，推动建设行业实现更好的发展。

一、倾斜摄影测量原理

无人机倾斜摄影技术主要以无人机为载体，并在其之上搭载多台传感器与摄影装置，从而能够从多种不同角度出发，实现对地面影像的摄影。不同角度拍摄的影像名词不同，如果是从垂直地面的视角进行的拍摄，那么所获得的影像我可以称之为“正片”，其他视角的拍摄自然顺理成章的称“斜片”[1]。最终将上述两种影像结合在一起，就组成了一个完整的倾斜摄影测量影像，通过对获取的数据进行集中收集整合，并在相关建模软件的帮助下，实现地面物体三维建模与测图。

二、规划竣工辅助测量

1.竣工实验工程

文章以某项小区测绘工程开展作为实际案例，该小区总占地面积为25328m2。在进行测量时，需要先进行控制点布设，通过布设3点GNNSRTK图根控制点，然后完成相应的数字地形竣工测量与四等水准测量。在本次工程测点中，针对目标建(构)筑物，共测取了1945个特征点。同时为了更好的进行测量，需要建立平面坐标系统，在本次工程案例之中，选择了2000坐标系统，在选择高程基准时则选择了1985国家高程基准（以黄海(青岛)的多年平均海平面作为统一基展本次测量工程项目过程中，为达到“竣工测验合一”的目标，在获得竣工测量成果后，需要统一交给建设项目竣工测验合一审批服务平台进行审批。无人机主要负责外业的拍摄，可以将其视为一种辅助的测绘技术手段。

2.无人机倾斜摄影平台

在本次竣工工程项目中无人机倾斜摄影测量技术采用的是无人机具有高精度特点，具体型号为飞马D200，整体机身较轻，仅重7.5kg，无人机悬停时间也非常长，最长能够持悬停续48分钟，且无人机本身的巡航速度也非常优秀，能够达到13.5m/s，无人机测量精度也比较高，其中水平精度为1cm+1×10-6mm，垂直精度为2cm+1×10-6mm，且该无人机能够支持多种作业模式，除了常见的PPK、RTK作业模式外，还能够实现二者融合作业模式开展。在实际应用该无人机时，如果地物特征比较丰富，那么在1:500的条件下进行实际测绘时相应的测图可以实现免控制。该无人机搭载的倾斜模块型号为D-OP300，在无人机不同位置，配置有专用的SONYILCE-6000相机，相机数量为5组，因此航拍视角更加全面。同时还配置有相应的传感器装置，传感器非常小巧，规格尺寸只有为23.5×15.66mm，同时本身有着非常高的像素能够达到千万以上的级别，同时还配备有专门的无人机管家软件，因此实际功能管理更加方便。

3.像控点布设

无人机倾斜摄影在实际测量时，为保证测量的精度，在平面、高程基准选择上，均与竣工测量测图基保持一致。在此基础上，为了更加便于进行三维建模，保证建模的精度，在实际进行倾斜摄影测量时，需要注重做好航高的调整，一般在允许的条件下，需要将航高调整至最低，之所以采用这种做法，主要目的就是降低像控点识别的难度，同时获得的图像纹理信息的精度也更高，最终获得更好的成像质量。由于是在住宅小区内进行测量，因此整体地形比较平坦，在像控点选择方面，非常适合采用成像清晰的块状地物拐角点，比如地面构筑物上一些比较清晰的角点。若地面角点不明显，或者不易进行拍摄的楼面，为了使其更加显眼，可以在目标位置涂抹一些颜色易于辨识的油漆，比如红色或黄色油漆等，从而更加易于拍摄。在本次工程测量工作共布设了25个像控点（19控制点+6检查点），同时在观测时应注意始终保持同步锁定6颗以上的卫星并将PDOP值控制在6以内[3]。

4.外业航空摄影

在外业应用无人机进行航空摄影时，需要先做好飞控系统的检查，并结合实际，做好航线的科学合理设计设计，才能保证航空摄影的准确性。具体来说，在飞行摄影前，需要检查无人机飞控系统的舵机、空速、风门等关键部件，确保系统已经充满电，GPS信号正常，遥控器能够正常使用等，然后再进行具体的航线参数设计。在本次测量工程项目中，上述可以在飞马D200配备的无人机管家专业软件的帮助下高效完成。与此同时，为确保低空摄影精度更高，本次航高设置为135m，将对地分辨率调整为0.04m，航高设计如图1所示。

5.三维建模

以外业航测获取的数据为依据，通过在ContextCapture软件的帮助下选择新建工程项目并结合实际的测绘数据完成相应三维模型的建设。在本次工程项目中采用多基线特征匹配技术并结合外业航测获取的POS数据成功生成了连接点同时借助实现布置好的像控点进行区域网平差完成了空中三角测量。在此基础上，针对各影像外方位元素，还需要结合相应的数据进行解算，在实际解算过程中，可以利用软件提供的相应算法完成结算。与此同时，为避免数据出现大量的冗余问题，可以在DSM点云的帮助下，完成TIN的建立，并以实际的影像数据为依据完成对其内部规格的修改最终就能够获得TIN矢量的模型，在将TIN模型与影像纹理匹配后就能够将三维模型建立出来使得建筑实物信息得到充分的反映，具体模型如图2(a)所示，这一模型基本甚至反映了住宅小区的实际情况，并且从模型图中我们也能了解到，模型整体清晰完整，没有明显的扭曲悬挂和碎片漏洞问题，纹路清晰可辨，说明本次建模有着良好的精度。

为了进一步优化模型，使得模型精度再提升一个水平，成功体现出更多的细节，可以在DP－Modeler软件的帮助下，通过将模型导入其中，针对一些细微部分比如房檐等做进一步的修正等优化，有效提高细微处的精度，使其整体模型效果更加逼真效果。在完成优化后注意导出后的模型格式为ESRII3S，确保这一格式与审批服务平台的审批文件格式一致，才能更好的进行审批。如果图2(b)所示，主要体现了小区楼房选取和坐标测量功能，其中针对一些比较亮度比较高的楼房，通常指的是一项已经竣工建设完成的楼房，其中一些圆形圈点则是一些关键的测绘数据信息反映了楼房一些关键特征目标。从中我们能够了解到，通过应用无人机倾斜摄影测量技术在竣工测量中发挥着非常重要的作用价值，它能够使得测绘数以更加具象化的形式加以呈现，因此非常适合大力推广应用。

三、精度分析

竣工测量精度判别主要包含三大要求：一是地物点相对邻近平面控制点点位误差；二是地物点相对邻近地物点间距中误差；三是地物点相对邻近地物点间距高程中误差。

为对无人机倾斜摄影测量获取平面精度、高程精度和地物点间距精度进行有效的验证在本次实验工程项目中，通过实地验证，发现在105个平面地物点中，主要地物点的数量为58个，次要地物点的数量为47个；在52个高程点中，小区室外地坪共占17个，楼顶面共占19个，剩余皆分布于女儿墙之上；最后按照中误差公式

进行精度计算，部分差值结果见表1-表3，单位为m。

根据表1，DX最大值0.095，最小值-0.002；DY最 大 值0.085，最 小 值0.001，代入误差公式计算可得平面测量误差mc'=±0.039m，在要求标准之内。令所有Δ=DZ，得出高程中误差me'=±0.117m，在0.15m以内。以此类推，得出ml'=0.043m，在0.05m以内。

图1 无人机飞行航线设计

图2 该住宅小区三维模型

表1 地物点平面坐标测量坐标差值

表2 地物点高程测量差值

表3 间距误差测量差值

四、结语

在本次项目工程竣工测量中，通过进行无人机测量技术的应用，能够让我们全面的了解该项技术在建筑工程测绘中所发挥的重要作用价值。相较于传统的测绘技术而言，无人机+倾斜摄影策略技术的优势不仅仅体现在技术本身的先进性方面，同时该项测绘技术打破了地形空间、恶劣气候的限制，因此在一些实际地质条件比较差的区域同样能够进行测绘工作开展，即使遇到阴天下雨天气，同样能够进行低空测绘，从而使得建筑工程测绘得到了更好的发展，同时希望通过上述研究进一步推动无人机测量在测绘行业中的应用推广，推动我国建筑测绘行业实现稳定顺利的发展。