無人機傾斜攝影測量在城市建筑物竣工測量中的應用

盧海城

（龍巖市勘察測繪大隊， 福建 龍巖 364000）

0 引言

隨著城市經濟的穩定發展，城市規劃在城市建設中扮演的角色越來越重要。作為城市建筑工程監督測量中必不可缺的環節，竣工驗收測量能夠為相關規劃行政部門提供必要的依據，并具備法律意義與權威性。傾斜攝影測量技術通常是指借助相同飛行平臺來進行傳感器搭載，同時從四個傾斜與一個垂直這五個角度來進行圖像采集，該類技術結合低空多視鏡頭以完成高清立體影像數據，從而實現立體地理信息模型的自動生成。本文所研項目是以傾斜攝影測量與實景建模技術融入到現有竣工測量技術的路線中，形成一種新的竣工測量作業方式，該作業方式可以降低相關人員的野外工作量，盡可能在室內完成實景要素的采集。最后，技術人員必須要進行科學的調繪與補測，最后得出適應要求的竣工測量數據。

1 技術原理分析

無人機傾斜攝影測量技術是通過獲取地面目標五個方向的信息，將這五個方面的信息進行融合建模，和傳統攝影方法的只采集一個方面信息有著很大區別，同時結合了慣性導航系統，更加準確地獲取無人機的位置和姿態信息，完成外業的無人機數據獲取。在內業過程中，借助特定的三維建模軟件進行內定向、相對定向、絕對定向等數據處理，完成實景三維模型的建設。無人機攝影測量有許多優點，大致可分為三類。

1.1 精度高

從無人機傾斜攝影測量的工作原理出發，從正攝、前、后、左、右五個方向進行工作，它從不同角度對地物的特征進行綜合測量，更真實地反映了地物的實際情況，使數據可用，結果與真實世界無限接近，彌補了傳統測量方法的不足。

1.2 可實現性

無人機傾斜攝影可采用支撐部件，所獲得的數據可以實時測量地面物體的高度、長度、面積和角度。

1.3 結構優越性

與傳統的無人機測量方法相比，無人機傾斜攝影測量有其獨特的優勢，如獲取的建筑物標高信息更為豐富；在獲取建筑立面信息時具有建筑表面的紋理信息，在三維模型的構建中起著重要的作用。

2 測量技術流程

2.1 測量儀器與軟件

與傳統竣工測量不同的是，外業工作主要是借助無人機傾斜攝影測量技術來獲取數據，同時會制作像控點來滿足無人機傾斜攝影測量的要求，無人機從建筑物的五個方位獲取目標的詳細信息，滿足竣工測量的精度要求。然后，內業處理也是與傳統竣工測量有責很大的區別，傳統竣工測量側重于在CAD 上面進行竣工地形數據的采集，而采用傾斜攝影測量之后，側重于實景三維模型的搭建及基于實景三維模型的下的地形圖資料生產。它主要是以相關影像資料、定位信息與相機參數等數據作為基礎支撐，借助專業三維重建軟件在全數字測量工作站以實現空中的三角測量，接著完成實景三維模型的重建工作。

（1）無人機傾斜低空攝影技術

利用無人機的靈活性和可擴展性，配置多個鏡頭完成拍攝并獲取地面數據，同時無人機應具備定位及慣性導航系統，如果定位系統為后差分或實時差分信息更好，能獲取更為精準的無人機初始資料，為后續的內業工作提高效率。

（2） GPS 虛擬基站技術

無人機航拍裝備后差分PPK 模塊，需要GPS 虛擬基站數據對POS 數據進行后差分校正。本項目的GPS 虛擬基站技術基于相關省份的CORS 系統，虛擬項目區域位置和飛行時間的靜態基站數據，目的是實現后差分姿態校正，提高衛星定位精度初始POS 值，同時在像控點測量時主要也是基于該系統。

（3）實體三維模型重建技術

利用真實三維建模技術，建立各塊的真實三維模型，并將現場真實場景移入室內進行多角度顯示和映射。利用航拍結果匹配真實地表的DSM，在進行三維建模的同時可以得到包括建筑物和其他高于地面的物體在內的各個位置側面的真實紋理。通過該技術的實現，獲得了真實的三維場景，為繪制竣工圖元素的飛行映射創造了基本環境。

（4）三維模型測量與傳統測量相結合

傳統的三維模型測繪是利用航拍空間對低視角鏡頭進行三維建模。在這種方法中，局部區域將包含投影差分，并進入三維真實場景界面進行三維真實場景模型映射。場景透視圖可以任意旋轉，消除投影差異，提高運算速度并保證結果的準確性。

3 應用案例

3.1 工程概況

該測區位于龍巖市西片區，測區由36 棟中低層商品房構成，周邊是其他住宅區，需要測繪的竣工面積約2.9 萬平方米 。采用大疆精靈4RTK 無人機實施航攝，深圳市大疆創新科技有限公司的DJI Terra 軟件進行空中三角測量及全自動三維建模，竣工地形圖使用航天遠景的MapMatrix 5.0 平臺下的傾斜測圖模塊，在高精度三維模型的基礎上采集二維矢量信息。。

3.2 航線布設及數據獲取

根據竣工測量要求的區域進行以外擴的方式確定飛行范圍，然后按照一定的參數進行航線規劃設計，但是要保證航向重疊度保持在70%，旁向重疊度在60%。首先，航線布設采用攝影測量3D(井字飛行)，建筑物最高高度在30 米左右；其次，為了保證保證建筑物的邊緣能夠準確的成實景三維模型，航線應超出實際測區的邊界線至少一條基線。本項目共布設航線32 條，航向重疊度設置為75%，旁向重疊度設置為65%，飛行高度為60 m，計算的地面分辨率為1.50 厘米。。

本項目飛行5 個架次，共獲取5 組傾斜影像數據，共計990 張照片。

3.3 空三加密自動建模

在DJI Terra 中新建工程，添加843 張影像數據，POS 信息自動識別，建圖場景選擇普通場景，重建清晰度選擇高，模型選擇OSGB 格式，輸出坐標系選擇CGCS2000-3-degree-Gauss-Kruger-CM-117E，像控點管理中導入像控點并進行刺點，然后進行空三計算，空三結算成功后開始自動建模，最后重建三維傾斜模型

3.4 矢量測圖

采用航天遠景的MapMatrix 5.0 平臺下的傾斜測圖模塊，它可以基于傾斜數據直接對建筑物矢量、點狀地物進行測量。采集過程中按照地形圖規范，嚴格遵地物的不同編碼，以便更好的導入CASS 進行成圖。

3.5 成果精度分析

嚴格按照《城市測量規范》中建筑竣工測量地形圖的測量精度要求可知，竣工測量的主要地物點相對于臨近圖根點的點位中誤差不大于50 mm，次要地物點相對于臨近圖根點的點位中誤差不大于70 mm，地物點間距中誤差不大于50 mm。高程點相對于臨近圖根點的高程中誤差不大于40 mm。

(1)實測小區內分布均勻的建筑物拐角坐標點29 個、高程點14 個，統計點位中誤差。

(2)實量小區內分布均勻的建筑物、構筑物邊長或間距25 條。

4 結論

在工程竣工測量中，采用無人機傾斜攝影測量可以滿足測繪精度要求，提高測繪效果和生產效率，豐富測繪成果。但它也有一些局限性。地面分辨率的缺乏將影響制圖的精度。在今后的研究工作中，需要充分結合項目的實際情況和現代科學技術，完善無人機傾斜攝影測量技術。