无人机测绘技术在日照测量中的应用

2021-03-15

智能城市 2021年3期

（苏州工业园区测绘地理信息有限公司，江苏苏州 215000）

1 无人机测绘技术

无人机影测绘技术是三维测绘技术的一种，主要是倾斜摄影测量技术，通过一个垂直相机和多个倾斜相机的组合，结合GPS、IMU定位定姿，采集建筑物的顶部、侧面纹理影像信息，通过专业的三维影像拼接处理技术，生成建筑物倾斜三维模型，能够真实还原测绘现场状况。基于倾斜影像可以采集建筑物纹理、高度、长度、位置等信息，可减少外业测绘工作量和人工成本，内业判读更加直观，无人机主要用的是大疆的精灵4RTK，仅需要连接CORS系统，日常精度可满足1∶500竣工测图要求，满足日照测量的建模精度要求。

2 日照测量

日照测量是采集建筑的关键点，构建建筑的三维模型，为日照分析软件提供相应的建筑模型，模型内容包括建筑物墙体和阳台窗户的位置信息、高程信息、属性信息、建筑物屋顶位置高度等。

以往外业多采用RTK+免棱镜全站仪采集方式，三维激光扫描仪有一定的应用，工作的重点是采集建筑物的侧立面和屋顶坐标点信息，内业采用一体化成图软件展点连线，并编辑建筑物模型幢号、窗户信息、分户信息等。随着无人机技术的发展，外业全站仪组合采集模式被无人机倾斜摄影测量代替，提高了外业采集的效率，常用的日照测量方式对比如表1所示。

表1 常用的日照测量方式对比

3 日照三维建模

传统的日照测量方式采集的数据、无人机倾斜摄影测量采集的全景数据，均需要转化成日照分析软件可用的三维模型，这个过程为日照三维建模。常用的日照分析软件有众智、天正、pkpm、我司自主研发的园测日照分析，何种软件均需要一套完整的三维建筑模型，通过构建建筑三维模型以及扩展属性数据做日照分析。本文主要介绍如何通过无人机倾斜摄影测量采集的全景数据转换为园测日照分析可用的三维模型。

3.1 正射投影绘图

利用无人机倾斜摄影测量采集的正射投影影像，构建建筑的屋顶建筑轮廓，主要通过Microstation Bentley V8i软件平台，参照TIFF格式的正射影像绘图，绘图过程需注意建筑的轮廓一般为垂直夹角，需要选择一个长边作为主要的参照线，避免绘制的建筑不规整。须绘制最大的建筑屋顶轮廓、机房区域建筑轮廓、两个塔尖的建筑轮廓，倾斜屋面的坡屋顶不用人工绘制，日照分析软件均有工具可以自动生成坡屋顶，后期仅需要核对高度和轮廓是否一致即可，正常的建筑屋面是按照一定的坡度比做出来的，软件是根据这个原理实现坡屋顶的构面。通过绘图和软件生成的建筑顶视图，不同的建筑高度用颜色加以区分。

正射影像如图1所示，日照建筑模型顶视图如图2所示。

图1 正射影像

图2 日照建筑模型顶视图

由图1、图2可知，无人机倾斜摄影测量提供的屋面影像，能够直观构建出日照分析软件需要的屋面模型。

3.2 立体模型建模

利用无人机倾斜摄影测量采集的三维模型，建筑的立面模型，立面模型主要包括建筑墙体轮廓、窗户、建筑高度、窗台高度、建筑层数、建筑层高、坡屋顶的坡度等日照分析软件需要的数据。主要通过Microstation Bentley V8i软件平台，参照FBX格式的无人机倾斜摄影测量三维全景模型。绘制墙体参照屋顶的构面方法，保证建筑的方正。窗户大小、高度数据可以直接在正立面的模型上绘制。建筑层数可以直观地在正立模型图上数。建筑层高可提取每层建筑相同部位的Z值，再进行差值计算或直接在正立面模型上量取。建筑高度直接在三维模型上点取相应的点，通过日照分析软件，自动提取点的Z值坐标。三维模型对电脑的配置要求较高的问题，可以通过三维模型单体化、区域化、减小模型文件的大小等方式为电脑减压。三维全景影像如图3所示。

图3 三维全景影像

数据采集完成，须构建日照分析软件需要的三维模型，通过相应的建模程序，结合通过正射影像绘制多边形面域，立体模型提取高度文本数据构建三维模型，建筑轮廓通过面域+文本的方式生成三维模型，窗体数据通过线段+文本的方式生成三维模型，日照三维模型如图4所示。

图4 日照三维模型

由图4可知，悬挑建筑日照分析模型的构建，需要更多的文本数据，可以通过三维的立体模型上获得。如屋面的悬空构架飘板的模型，须从无人机模型上获取飘板顶标高和飘板底标高，按照从正射投影模型中获得多边形面域，构建悬空的飘板模型，楼顶机房上的飘板。

坡屋面的构建需要从正射影像获取屋面轮廓面域，从立面模型获取檐口高度、建筑基准高度以及坡屋面的坡度比，根据这些数据建模程序自动构建坡屋面三维模型，坡顶屋面。

窗体建模主要通过采集到的窗体位置、窗体宽度、窗体高度、窗台高度、建筑层数、窗体基准高度、居室个数、窗体编号、窗体分户信息、建筑编号等信息，写入窗体模型中，一般采用多条线段的外加XDATA扩展属性方式构建窗体，将以上的信息加以文本注记，通过建模程序根据建模时绘制的分户线，批量写入整幢建筑的窗体信息。后期模型查看时候，再通过程序构建立面窗体，利用线段存储窗体可以减少模型文件的大小，绘制比直接构建矩形框窗体方便，提高软件的执行效率和人工建模的效率。