无人机倾斜摄影测量在城市竣工测量中的应用研究

2023-10-18李威

城市建设理论研究（电子版） 2023年26期

李威

北京帝测科技股份有限公司北京 102200

社会经济的发展和城市化进程的不断加快，测绘行业也迎来了巨大的发展机遇。在城市建设中，测绘技术作为一项基础性工作，对保障工程建设顺利实施、保证工程质量有着重要意义。因此，测绘工作要紧跟时代发展趋势，不断创新与发展[1]。

1 数据获取

传统的三维模型生产需要利用专业的摄影设备，而倾斜摄影测量技术不需要专业设备，仅需要一台相机即可完成数据采集。在数据采集的过程中，无人机搭载的相机会按照预设好的角度进行拍摄，无需人工干预。在拍摄完成后，无人机会将影像传输到计算机中进行后期处理，得到最终的三维模型。因此，在倾斜摄影测量技术应用于城市竣工测量中时，不需要专业设备，只需一台相机就可以完成数据采集[2]。相对于传统的三维模型生产来说，倾斜摄影测量技术可以极大地减少外业工作量、提高工作效率。

倾斜摄影测量技术生产三维模型需要通过外业数据采集来实现，而外业数据采集则主要分为地面控制点数据和无人机影像数据采集两个方面。地面控制点数据获取是指将相机架设在目标区域内，利用控制点数据来确定目标区域中的建筑物等地物的平面位置、高程位置等[3]。当相机架设在目标区域内时，就可以进行倾斜摄影测量。地面控制点数据获取的精度将直接影响到最终模型生产的精度。根据相关研究表明，地面控制点数据获取的精度与无人机影像数据采集的精度存在一定差异。因此，在使用倾斜摄影测量技术进行三维模型生产时，必须对两种数据采集方式进行对比分析。

在进行地面控制点数据采集时，一般是利用全站仪或者RTK等设备来完成，但是由于这些设备都需要人工干预来完成测量工作，因此需要耗费大量时间和人力物力。而利用无人机影像采集技术进行三维模型生产时则不需要人工干预，只需一台无人机就可以完成测量工作。因此在城市竣工测量中使用倾斜摄影测量技术可以大大减少外业工作量、提高工作效率。

1.1 模型生产

传统的航测技术在模型生产时，一般是采用人工贴图的方式制作模型。在人工贴图时，需要根据人工经验和专业知识，选择合适的贴图方案和贴图位置，因此工作量较大[4]。在倾斜摄影测量技术的应用下，通过采集多个相机的数据，再通过软件对多张影像进行拼接处理，最后就可以得到准确的模型。基于该技术生产模型时，只需要对模型进行拼接即可，大大降低了建模难度和工作量。

1.2 数据采集

在城市竣工测量中，需要利用无人机搭载高分辨率相机来获取影像数据，并进行数据采集。具体流程如下：（1）准备工作。首先，准备好无人机和相机，并检查飞行设备的安全性能和电池性能；其次，将无人机挂载在旋翼无人机上，并安装相机，然后将相机固定到旋翼无人机上，再连接电源；最后，将旋翼无人机挂载在固定翼无人机上。首先，打开计算机控制软件，设置好参数，并对相机进行标定；然后，连接相机电源和计算机控制软件；最后，启动摄影测量系统。（2）数据采集。首先对无人机进行检查和调试，确保无人机可以正常工作；然后对地面进行准备工作。在地面准备工作完成后，利用计算机控制软件对相机进行标定。在此过程中需要注意的是：标定过程中要保证相机位置的准确性；数据采集过程中要确保数据采集的完整性和准确性。

2 传统测绘方式和倾斜摄影测量方式的优缺点

倾斜摄影测量技术是一种新型的三维建模技术，主要是采用航空倾斜摄影的方式，获取被测物体的倾斜影像，利用其数据处理软件获取地物三维模型，并通过将地物和建筑模型进行叠加分析，从而完成对地物的信息采集。与传统测量方式相比，倾斜摄影测量具有以下优点。

2.1 数据获取的时效性高

传统的测绘方式，主要是通过人力或者是仪器设备的方式进行测量，虽然能够较好地完成对建筑物的测量工作，但是其存在着较大的误差，特别是在城市发展迅速的今天，很多建筑物都处于不断变化中，因此很难对这些建筑物进行准确的测量，往往需要多次测量才能得到准确的数据。而在倾斜摄影测量方式中，通过倾斜摄影设备对建筑物进行拍摄，能够获得地物的三维模型，这就有效地解决了传统测量方式所存在的误差问题。同时通过倾斜摄影设备拍摄的地物模型具有较高的准确性，不需要对建筑物进行反复测量和修正，这样就可以提高数据获取的时效性。

2.2 操作简单，方便快捷

传统测绘方式需要专业的测绘人员进行测绘工作，而当前社会的不断发展，人们对测绘人员的要求越来越高，不仅需要具备一定的专业知识，而且还需要具备较强的动手能力和实践能力。但是对于传统测绘方式来说，这两种能力都不能很好地满足人们对测绘工作的需求。而倾斜摄影测量技术在一定程度上解决了这一问题，只需要在电脑上安装相应的软件就可以完成对地形数据的获取工作，而且操作起来非常简单。相比于传统的测绘方式来说，倾斜摄影测量技术具有更好地可实践性和可操作性，能够让我们在短时间内掌握这一技术。而且对于一些大型建筑物而言，倾斜摄影测量技术能够满足其对地理数据的精确采集要求。

2.3 外业工作量少，成本低

传统测量方式需要外业人员到实地进行测量，这种工作量较大的测量方式，不仅需要投入大量的人力、物力和财力，而且还会产生较大的成本。而无人机倾斜摄影测量技术所采用的是遥感技术，通过遥感技术对被测物体进行测绘，在外业工作中只需少量人员就可以完成外业工作，并不需要投入大量人力。并且，倾斜摄影测量所获取的数据也不需要进行实地采集，因此不需要耗费大量人力物力财力去进行数据采集。

2.4 实景建模，直观形象

传统测绘方式主要是采用二维的影像数据，无法满足三维信息的要求。而倾斜摄影测量方式，不仅可以将三维信息准确地表现出来，还能让被测物体的外观变得更加直观。而且，利用倾斜摄影测量方式能够对地物进行多角度的拍摄，并且能将所拍摄到的数据信息进行充分地利用，并能通过建模对地物进行直观的展示，让人更加容易理解地物的特点。但同时，倾斜摄影测量也存在一定的不足之处，如受天气因素影响较大，且测量精度不高。所以在应用倾斜摄影测量技术时，应加强对天气因素以及测量精度方面的控制，并及时采取措施进行完善。

3 工程概况

某小区是一个老旧小区，内部设施不完善，停车位不足，公共区域缺少绿化等。为改善该小区居民的生活环境，提高居住质量，项目方决定在该小区建设一个地下车库。由于该小区内部地形较为复杂，建筑材料和施工工艺较为特殊，对地面竣工测量工作造成了很大的困难。同时，该小区内部环境复杂，项目方选择使用传统测绘方式进行竣工测量。但传统测绘方式存在耗时长、成本高等问题。鉴于此，项目方决定使用无人机倾斜摄影测量技术进行竣工测量。无人机倾斜摄影测量技术具有成本低、操作简单、效率高的特点，能有效解决传统测绘方式存在的问题。

3.1 技术方案

该项目的无人机倾斜摄影测量技术方案中，航向和旁向重叠度均为75%，纵向重叠度为50%。通过搭载不同的飞行平台，可以获取不同角度的影像数据。在实际测量中，由于受到自然因素的影响，各个方向的影像数据都存在一定的差异，因此需要在控制点之间进行接边处理，然后再进行三维建模。

通过对无人机倾斜摄影测量技术方案的应用可以发现，其不仅可以获取真实可靠的地物信息，还可以采集到较为真实的地形地貌信息。由于该项目存在大量建筑物，因此在进行测绘工作时需要对建筑物的三维模型进行制作。利用无人机倾斜摄影测量技术所获取到的影像数据和模型数据可以清晰地展现出建筑内部结构信息，包括墙体、柱子等。通过对建筑内部结构的分析和处理，可以得到相应建筑物的三维模型和实景照片。其具体方案如下：

3.2 应用效果分析

首先，使用无人机进行数据采集，获取项目建设的相关数据，包括建筑物的高精度坐标、地物的高精度坐标和三维模型等。然后，利用无人机倾斜摄影测量技术对该小区的地物和建筑物进行三维重建，将三维模型与真实模型进行对比分析，并结合 DEM生成 DEM。最后，使用无人机倾斜摄影测量技术对该小区的地物和建筑物进行了平面和高程数据采集[5]。

通过将无人机倾斜摄影测量技术应用到城市竣工测量中，项目方对该小区的地物和建筑物进行了快速、准确的测绘，减少了人工测绘的误差；同时，无人机倾斜摄影测量技术能快速、准确地获取地物和建筑物的三维模型数据，对小区内地形和地物进行了全面细致地观测；还能通过无人机倾斜摄影测量技术获取小区内部空间信息。

4 具体作业流程

4.1 无人机航摄规划

在航线规划时，要严格按照航线规划执行。由于无人机具有飞行高度低、飞行范围大、可从不同角度拍摄等特点，因此可利用倾斜摄影技术进行规划。在航线规划时，要从不同角度对无人机进行拍摄，获取高质量的影像。由于无人机航摄系统具有飞行高度低、成本低等特点，因此可以快速获取数据，大大降低了航摄时间与成本。

4.2 摄影前准备

在进行摄影前，首先要进行航线规划。在航线规划时，要根据测区面积大小，合理安排航线数量、飞行高度、航向重叠度等参数。在航线规划时，要严格按照设计要求进行规划。在无人机飞行前，要进行必要的准备工作，包括航空测量设备的调试、无人机飞行参数设置、航飞计划制定等。

4.3 航空摄影

在进行航空摄影时，需要对影像进行适当处理。首先要对影像进行预处理和空三加密处理；其次要对影像进行空中三角测量，对航线中存在的重叠度误差和角度误差进行纠正；最后要对影像的质量和精度进行检查。

4.4 内业数据处理

在完成航空摄影后，要及时将数据导入到三维软件中进行内业数据处理。内业数据处理包括影像预处理、空三加密、三维建模等步骤。其中影像预处理主要是利用空三加密的方法对航摄影像进行质量检查。空三加密主要是通过控制点和 GPS来完成的。对于较远距离的摄影，可以使用GPS RTK测量方法完成空三加密工作；对于近景摄影，可以使用无人机自动采集方法完成空三加密工作；在三维建模时，要按照设计要求对模型进行检查和优化。