基于無人機傾斜攝影和實景三維技術(shù)的建筑竣工測量研究

摘要：竣工測量是城市規(guī)劃管理、智慧輔助決策的基礎(chǔ)工作，隨著智慧城市建設(shè)步伐的加快，通過傳統(tǒng)全野外數(shù)字采集方法獲取的二維竣工數(shù)據(jù)已難以滿足新時代發(fā)展對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)三維化的新要求。以某住宅項目為例，提出一種采用無人機航空傾斜攝影測量技術(shù)和實景三維建模技術(shù)，結(jié)合傳統(tǒng)竣工測量技術(shù)的方法進行城市小區(qū)竣工測量的新方法。精度分析結(jié)果表明，可以有效地提升測繪精度，得到良好的測繪成果。

關(guān)鍵詞：無人機傾斜攝影測量空三測量實景三維建筑竣工測量

ResearchonBuildingFinalSurveyingBasedonUAVTiltPhotographyandRealScene3DTechnology

ZHANGShunlong

BeijingXinxingHuanyuInformationTechnologyCo.，Ltd.，Beijing，102300China

Abstract：Finalsurveyingisthebasicworkofurbanplanningmanagementandintelligentdecision-makingassistance.Withtheaccelerationofsmartcityconstruction，thetwo-dimensionalfinaldataobtainedbythetraditionalfielddigitalacquisitionmethodhasbeendifficulttomeetthenewrequirementsofthedevelopmentoftheneweraforthethree-dimensionalbasicdata.Takingaresidentialprojectasanexample，thispaperproposesanewmethodofurbancommunityfinalsurveyingbyusingUAVaerialtiltphotogrammetrytechnologyandreal3Dmodelingtechnology，combinedwiththetraditionalcompletionsurveytechnology.Theaccuracyanalysisresultsshowthatitcaneffectivelyimprovethesurveyingandmappingaccuracyandobtaingoodsurveyingandmappingresults.

KeyWords：UAVtiltphotogrammetry;Aerialtriangulation;Real3D;Buildingfinalsurveying

建筑工程規(guī)劃竣工測量是指在城市建設(shè)工程批后規(guī)劃監(jiān)督測量中，對已經(jīng)竣工完成的建筑進行的測量工作，來檢驗工程項目施工現(xiàn)狀[1]。它是工程建設(shè)的真實記錄，是落實城市規(guī)劃、促進土地利用、動態(tài)進行城市規(guī)劃批后管理的關(guān)鍵程序，是進行土地執(zhí)法監(jiān)察和城市規(guī)劃監(jiān)督的重要來源。

在實際測量工作中，城市建設(shè)工程批后規(guī)劃監(jiān)督測量是根據(jù)城市規(guī)劃部門審批的總平面圖、規(guī)劃建筑紅線圖和用地紅線圖，準確測定建（構(gòu)）筑物的形狀、尺寸、平面位置、高度、間距、層數(shù)、與周邊建筑及規(guī)劃界線的關(guān)系等?？⒐y量成果圖在現(xiàn)狀地形的基礎(chǔ)上，疊加各項城市規(guī)劃指標線，直觀地分析建筑物與城市規(guī)劃控制、土地使用狀況及周邊建筑的四至關(guān)系[2]。城市規(guī)劃部門將竣工成果與規(guī)劃審批圖紙進行逐一核實，對不相符的問題如項目有移位、超面積建設(shè)、不按設(shè)計圖紙施工等違規(guī)違法建設(shè)行為在實地核實不符后，進行相應(yīng)的處罰等監(jiān)督管理。

1項目測區(qū)概況

測區(qū)位于北京市大興區(qū)，如圖１所示，為已建成即將交付的住宅小區(qū)。范圍內(nèi)有高壓線塔，高度約40ｍ，建筑物多為18層，最高點為房屋頂部造型部分，相對地面高差近70ｍ，房屋結(jié)構(gòu)較為規(guī)整，外觀較為統(tǒng)一。小區(qū)內(nèi)有道路、綠化、車位、配電房等附屬設(shè)施。

2技術(shù)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）。

2.1傾斜攝影

本項目傾斜攝影實施采用大疆M200Pro無人機飛行器，加載高精度PPK、GPS/IMU、五鏡頭傾斜攝影平臺，同時從垂直、前方、后方、左側(cè)、右側(cè)5個不同角度以大范圍、高精度、高分辨率的方式全方位感知復(fù)雜場景，采集多源POS、航片數(shù)據(jù)[3]。共飛行3架次，設(shè)計航高120m，影像地面分辨率約1.5cm，航向重疊度為80%，旁向重疊度為70%，共獲取影像2049張，數(shù)據(jù)量總計18G。斜視影像樣片如圖2所示。

2.2像控點布設(shè)

無人機傾斜攝影測量采用的平面、高程基準與竣工測量測圖基準一致，為了提高三維建模精度，將航高設(shè)計為允許最低值，有利于像控點的識別和高精度紋理獲取。測區(qū)內(nèi)較為平坦，因此，選擇成像清晰的塊狀地物拐角點作為像控點，實驗工程選取地面角點清晰處為像控點，地面角點不明顯處和樓頂面采用油漆噴涂的方式繪制人工角點，測區(qū)內(nèi)總計布設(shè)25個像控點，其中19個為控制點，6個為檢查點。像控點選定后，利用GPS-RTK進行平面高程控制測量，觀測時始終保持同步鎖定6顆以上衛(wèi)星，PDOP值小于6，流動站距離參考站平均距離800m，經(jīng)精度評定，觀測成果的平面、高程點位中誤差分別為±3cm、±4.5cm，滿足精度要求。

2.3空三測量

基于CSCORS在測區(qū)構(gòu)建的虛擬基站數(shù)據(jù)，對高精度PPK位置信息進行后差分處理，結(jié)合GPS/IMU定位定姿數(shù)據(jù)融合解算，獲取高精度的定位定姿信息，將影像、相機（按國家有關(guān)主管部門要求進行檢驗）參數(shù)、定位定姿信息、像控點成果作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用BentleyContextCapture軟件在全數(shù)字攝影工作站上完成空中三角測量[4]。

空三解算重投影誤差均方根（RMS）為0.69像素，像控點平面及高程殘差均在1cm以內(nèi)。集群實景三維建模節(jié)點數(shù)量10個，共耗時5h。實景三維數(shù)據(jù)量共計1.49G，實際效果如圖3所示。

2.4竣工地形圖生產(chǎn)

1∶500竣工地形圖制作：在外業(yè)航飛完畢后，提取獲取的多視影像數(shù)據(jù)，通過contextCapture軟件平臺生產(chǎn)測區(qū)實景三維模型，在EPS三維平臺上調(diào)取實景三維模型數(shù)據(jù)用Data.dsm直接操作，采集地物輪廓范圍依比例表示，不依比例表示的地物采集輪廓中心位置[5]；三維實景模型及多視影像上可以看清楚的地物、地貌元素應(yīng)全部用相應(yīng)符號表示，做到無錯漏、不變形、不移位。因為三維模型中凸起地物邊緣呈拉花、鋸齒狀，所以為確保采集精度，在垂直影像上采集此類地物角點及邊界線；對建筑物角點、圍墻拐角點等重要地物，采集時開啟輔助線，利用斜視影像進行采集，不能直接在三維模型上采集[6]。通過此方法編輯制作竣工測量地形圖，省去煩瑣的外業(yè)調(diào)繪工作，為快速制作大比例尺地形圖測繪提供一種新的解決方案，成果如圖4所示。作業(yè)過程中還能獲取大量的中間成果，如目標區(qū)域點云、三維模型、DEM、DOM等，這些成果能為其他勘測設(shè)計工作服務(wù)，可謂達到“一舉多得”“外事內(nèi)做”“節(jié)能減排”的目標。

3精度分析

為了驗證無人機傾斜攝影測量獲取的平面精度、高程精度和地物點間距精度，實驗中對該測量區(qū)域105個平面地物點、52個高程點和36個地物點距離進行了驗證，其中105個平面地物點中58點為主要地物點，47個為次要地物點;52個高程點中17個位于小區(qū)室外地坪，19個位于樓頂天面，16個位于女兒墻上;36個間距主要選取房角特征點、道路兩邊明顯地物點和紅線界址點之間距離。通過將無人機獲取的平面、高程點與全站儀測圖數(shù)據(jù)進行比對，地物間距和實地鋼尺量距比對，按照中誤差公式進行精度計算，部分差值結(jié)果如表1、表2所示。

根據(jù)《城市測量規(guī)范》（CJJ8—2011）建筑竣工測量地形圖的測量精度要求可知，竣工測量的地物點相較于鄰近平面控制點中誤差不大于50mm，地物點相較于鄰近地物點間距中誤差不大于50mm，高程中誤差不大于40mm。根據(jù)表1和表2數(shù)據(jù)計算，平面中誤差為0.039m，高程中誤差為0.017m，間距中誤差為0.043m，因此，應(yīng)用無人機傾斜攝影測量，其平面測量、高程測量和間距測量精度滿足竣工測量要求。

4結(jié)語

無人機傾斜攝影測量能夠顯著地改善工作環(huán)境，降低測量成本，同時提高測量的效率和質(zhì)量。將無人機傾斜攝影測量技術(shù)應(yīng)用在建筑規(guī)劃竣工地形圖測繪方面，能夠有效地提升測繪精度，獲得良好的測繪成果。通過傾斜攝影測量技術(shù)在該項目測繪的地形圖精度要求，該技術(shù)方法具有機動靈活、操作簡單、軟硬件成熟、成本低等優(yōu)點，很容易得到推廣。但是，該技術(shù)思路仍存在諸多缺陷，即無人機重量輕、風力較大時，不宜飛行，電動無人機續(xù)航時間短。對于植被密集區(qū)域，這種方法很難達到預(yù)期的精度要求等。然而，隨著傾斜攝影測量技術(shù)的進一步研究，隨著硬件設(shè)備的進一步更新?lián)Q代，以及多種設(shè)備的相互配合作業(yè)下，無人機傾斜攝影測量技術(shù)會有更高的精度，更廣泛的應(yīng)用，對進一步推廣無人機測量和提升建筑行業(yè)信息化水平具有現(xiàn)實意義。

參考文獻

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[6]榮幸.基于傾斜攝影的建筑工程竣工測量應(yīng)用研究[J].經(jīng)緯天地，2023（2）：56-59.