無人機傾斜攝影測量在建筑規(guī)劃竣工測繪中的應(yīng)用

陳昕

(福州市勘測院，福建 福州 350108)

無人機傾斜攝影測量在建筑規(guī)劃竣工測繪中的應(yīng)用

陳昕*

(福州市勘測院，福建 福州 350108)

傾斜攝影測量技術(shù)作為一個新興的測繪技術(shù)方法，在三維建模、智慧城市建設(shè)等方面已經(jīng)有較為廣泛的應(yīng)用，但在工程測量領(lǐng)域應(yīng)用較少。本文針對福州市建筑規(guī)劃竣工測繪的要求，提出了利用無人機傾斜攝影測量進行規(guī)劃竣工測繪的方法，并通過實際生產(chǎn)驗證其有效性和適用性。

無人機；傾斜攝影測量；建筑規(guī)劃竣工測繪；地形圖

1 引 言

隨著社會發(fā)展和城市規(guī)劃管理水平的不斷提高，傳統(tǒng)的基于二維的數(shù)據(jù)已逐步難以滿足高水平城市規(guī)劃管理的需求。近年來，三維規(guī)劃方案審批、三維地下管線審批等技術(shù)的應(yīng)用，已為規(guī)劃審批、管理和決策帶來了革命性的變化。

傾斜攝影測量技術(shù)[1]具有多種特點：①立體成果真實，對于地面周圍的反映符合人類感知[2]；②為建模提供真實、豐富的紋理信息；③可實現(xiàn)高精度測量。同時，無人機作為一種新型的低空遙感對地觀測手段，具有易于操控、獲取影像周期短、作業(yè)機動性強等特性[3]。基于上述特點，利用無人機傾斜攝影測量技術(shù)，獲取1∶500竣工地形圖和竣工三維模型，不但可以有效避免傳統(tǒng)作業(yè)方式的強度大、效率低、周期長和重復(fù)測量等弊端，提升生產(chǎn)效率，還能為規(guī)劃驗收提供更為豐富、直觀的數(shù)據(jù)信息，輔助行政審批部門管理決策。

2 工藝流程

2.1 儀器及軟件

采用上海航遙公司的HY-6X電動六旋翼無人機和ARC524五鏡頭低空傾斜航空照相機實施航攝；采用美國Bentley公司的Smart3D Capture軟件進行空中三角測量及全自動三維建模；采用武漢天際航公司的DP Modeler軟件進行數(shù)字線劃圖采集和模型精細化處理。

2.2 作業(yè)流程

根據(jù)無人機傾斜攝影測量的技術(shù)特點，結(jié)合建筑規(guī)劃竣工測繪技術(shù)要求，制定作業(yè)流程，如圖1所示。

圖1 作業(yè)流程

3 生產(chǎn)試驗

3.1 項目概況

本次試驗選擇福州市陽光城領(lǐng)海三期地塊項目作為生產(chǎn)試驗對象，該項目位于福州市閩侯縣濱江西大道以北，民俗園路以東，由4棟SOHO及底層商業(yè)構(gòu)成，總占地面積 40 680.78 m2，總建筑面積 114 124.14 m2。

圖2 測區(qū)范圍航拍圖

3.2 項目實施

(1)航攝數(shù)據(jù)獲取

本次傾斜攝影采用五鏡頭組合而成的航攝儀，單鏡頭焦距為 24 mm，航向重疊度要求為85%，旁向重疊度要求為80%，影像地面分辨率要求優(yōu)于 3.5 cm。通過無人機地面站軟件計算，共需布設(shè)4個飛行架次，27條航線，絕對航高為 189 m，基線長度 12 m，航線間距為 24 m，航線長度總計為 20.8 km。本次航攝共獲取五鏡頭傾斜影像數(shù)據(jù)5組，每組 1 886張及對應(yīng)POS數(shù)據(jù)。航線設(shè)計如圖3所示。

圖3 航線設(shè)計圖

(2)空三加密和自動建模

將傾斜影像與外業(yè)像控點導(dǎo)入Smart3D軟件平臺，進行空三加密，包括密集匹配、聯(lián)合平差等過程，在此基礎(chǔ)上依次經(jīng)過生成點云、構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)、創(chuàng)建DSM及全自動紋理映射[4]，最后生成測區(qū)全自動實景三維模型。

(3)數(shù)字線劃圖采集

內(nèi)業(yè)數(shù)字線劃圖采集使用DP Modeler軟件的矢量測圖模塊，該軟件可利用傾斜攝影技術(shù)獲取的影像數(shù)據(jù)進行高精度的大比例尺地形數(shù)據(jù)的矢量采集工作。無需佩戴立體眼鏡，根據(jù)影像及自動空三生成的三維模型直接定位地物要素的三維信息。為了實現(xiàn)內(nèi)業(yè)進行屋檐改正，減少外業(yè)調(diào)繪的工作量，軟件提供了垂直輔助線和十字輔助線，分別為地物點垂直和水平方向的移動提供參考，同時確保數(shù)據(jù)采集的準確性，如圖4所示。軟件內(nèi)置了南方CASS的地類地物屬性模塊，采集同時賦予要素屬性，矢量成果可導(dǎo)出.dxf，.cas，.dat等多種格式。

圖4 數(shù)字線劃圖采集界面

(4)數(shù)據(jù)成果

全自動建模生成的點云、DSM、實景三維模型和采集后編輯完成的 1∶500竣工地形圖等數(shù)據(jù)成果如圖5所示。內(nèi)業(yè)人員依據(jù)上述成果資料，編制建設(shè)工程規(guī)劃竣工測繪報告。

圖5 部分項目成果

3.3 精度評定

(1)測量精度要求

依據(jù)《城市測量規(guī)范》(CJJ/T 8-2011)中建筑規(guī)劃竣工測繪相關(guān)標準，測量精度要求如表1、表2所示。

地物點點位精度要求 表1

竣工驗收要素測量的精度要求 表2

(2)成果精度檢測

本次試驗采用全野外數(shù)字化實測成果與傾斜攝影測量測圖成果比對的方法，進行精度評定，精度檢測統(tǒng)計結(jié)果如表3、表4、表5、表6所示。

地物點平面誤差分布狀況統(tǒng)計表 表3

高程誤差分布狀況統(tǒng)計表 表4

建筑高度誤差統(tǒng)計表 表5

建筑間距誤差統(tǒng)計表 表6

以上精度檢測結(jié)果說明，利用傾斜攝影測量技術(shù)測制的地形圖，精度符合相關(guān)規(guī)范標準，可應(yīng)用于規(guī)劃竣工測繪。

3.4 誤差分析及優(yōu)化措施

(1)像片原始分辨率不足產(chǎn)生的誤差

本次試驗區(qū)域采集的原始影像地面分辨率為 3.5 cm，由于規(guī)劃竣工測繪對地形圖地物點精度的要求較高，3.5 cm地面分辨率仍略顯不足。通過優(yōu)化航飛參數(shù)(降低航高、換長焦鏡頭等)[5]，可以提高獲取影像的地面分辨率，從而進一步提高相關(guān)數(shù)據(jù)成果精度。

(2)空三加密對精度的影響

Smart3D自動空三加密過程中，存在部分誤匹配粗差點及飛點數(shù)據(jù)，影響空三成果的精度。可通過人工干預(yù)方式將空三成果精度優(yōu)化到最佳[6]，提高規(guī)劃竣工地形圖成果的精度。

(3)人工采集時產(chǎn)生的誤差

人工采集產(chǎn)生的誤差是誤差中一個比較重要的來源，以本項目為例，影像圖上1個像素的誤差，實地距離就是 3.5 cm，人工采集時，2個像素的差距，實地差距就可達到 7 cm；另一方面，當(dāng)某一地物不在同一高程面時，會因為視差造成矢量采集的不準確，此時需要作業(yè)員根據(jù)不同角度的影像圖進行局部調(diào)整。因此，提高作業(yè)員作業(yè)經(jīng)驗和操作熟練度，可提升矢量采集成果的精度。

3.5 生產(chǎn)效率對比

本項目采用傳統(tǒng)全野外數(shù)字化測量方式和傾斜攝影測量方式完成本項目測圖部分工作的生產(chǎn)效率情況如表7所示。

生產(chǎn)效率比對表 表7

由此可見，采用無人機傾斜攝影技術(shù)測制竣工地形圖，可有效節(jié)省作業(yè)時間，對于導(dǎo)線布設(shè)較為困難的作業(yè)區(qū)，效果尤為明顯。同時，由于外業(yè)時間較短，可減小測繪工作受天氣因素制約的影響。此外，三維建模的成果的多角度可視性，可最大限度地還原現(xiàn)場的真實場景，質(zhì)檢人員無需再到現(xiàn)場核對圖紙，可提高該環(huán)節(jié)的生產(chǎn)效率。

4 結(jié) 語

將無人機傾斜攝影測量技術(shù)應(yīng)用于建筑規(guī)劃竣工測繪，獲取記錄三維數(shù)字信息的規(guī)劃竣工測量成果，將是未來測繪服務(wù)城市規(guī)劃管理的發(fā)展趨勢。國家測繪地理信息局于2014年12月18日發(fā)布的《城市建設(shè)工程竣工測量成果規(guī)范》(CH/T 6001-2014)中已包含了三維模型成果的相關(guān)要求和內(nèi)容。

試驗證明，通過無人機傾斜攝影測量技術(shù)完成大比例尺竣工地形圖測繪，可基本滿足規(guī)劃竣工測繪的精度要求，能有效提升規(guī)劃竣工測繪的生產(chǎn)效率，豐富規(guī)劃竣工測繪成果。但仍有一定局限性，主要表現(xiàn)在以下幾方面：①在進行超高層建筑竣工測繪時，由于飛行器的安全飛行高度需較高，可能會造成地面分辨率不足，從而影響成圖精度；②一些拍攝死角或關(guān)聯(lián)點不足的地方，全自動建模時，容易產(chǎn)生模型扭曲變形；匹配截面過小的地物，如路燈、電桿，容易產(chǎn)生模型缺失，需采用其他方式加以補充處理[7]；③購買設(shè)備和軟件的一次性投入和維護費用較高。此外，本次試驗的對象為高層建筑，對于該技術(shù)是否能廣泛應(yīng)用于諸如大型綜合體、別墅等各類建筑的規(guī)劃竣工測繪，今后還應(yīng)進行進一步論證。

[1] 張祖勛，張劍清. 數(shù)字攝影測量學(xué)[M]. 武漢：武漢測繪科技大學(xué)出版社，1997.

[2] 李德仁，劉立坤，邵振峰等. 集成傾斜航空攝影測量和地面移動測量技術(shù)的城市環(huán)境監(jiān)測[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報·信息科學(xué)版，2015，40(4)：427-435.

[3] 金偉，葛宏立，杜華強等. 無人機遙感發(fā)展與應(yīng)用概況[J]. 遙感信息，2009(1)：88-92.

[4] 閆利，程君. 傾斜影像三維重建自動紋理映射技術(shù)[J]. 遙感信息，2015(2)：31-35.

[5] 胡曉曦，李永樹，李何超等. 無人機低空數(shù)碼航測與高分辨率衛(wèi)星遙感測圖精度試驗分析[J]. 測繪工程，2010，9(4)：8-70.

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[7] 楊國東，王民水. 傾斜攝影測量應(yīng)用技術(shù)及展望[J]. 測繪與空間地理信息，2016(1)：13-15.

Application of Unmanned Aerial Vehicle Oblique Photography in Construction Planning Completion Surveying

Chen Xin

(Fuzhou Investigation and Mapping Institute，F(xiàn)uzhou 350108，China)

As an emerging technology of surveying and mapping，oblique photogrammetry has wide applications for three-dimensional modeling，smart city and so on，however，it has seldom applied to engineering surveying. This paper proposes a new method of planning completion surveying utilizing unmanned aerial vehicle (UAV) oblique photography. In addition，the availability and applicability of this method are verify by the practical case of construction planning completion surveying in Fuzhou.

unmanned aerial vehicle (UAV)；oblique photography；construction planning completion surveying；topographic map

1672-8262(2017)01-82-05

P231

B

2016—06—24 作者簡介：陳昕(1986—)，男，工程師，主要從事工程測量與遙感相關(guān)技術(shù)應(yīng)用研究。