無人機傾斜攝影測量技術在超高層建筑 竣工測量中的應用

吳 漢

（南京捷鷹數碼測繪有限公司， 江蘇 南京 210000）

0 引言

超高層建筑的規定標準有兩個，一是澆筑高度超過100 米，二是層數超過40層。通常情況下，這種建筑的結構較為復雜，而且體型奇特。再加上建筑本身用的材料特殊，使城市的個性充分地彰顯出來，同時也增加了城市的美感。但是正是由于它超常規的高度使竣工測量工作存在一定的困難。而無人機利用它的高靈活度以及精細準確的特點成功地吸引了人們的注意力，并在竣工測量中得以有效的應用。

1 超高層建筑的基本概況以及竣工測量的難題

某工程的設計高度大約為173 米，它整個建筑物外觀設計的靈感來源于弧線三角形。其中最令人驚嘆的是，它利用了非常復雜的曲線構成了建筑輪廓，而且每層輪廓的曲線都有很大的不同，為了使建筑更加美觀，其外輪廓的弧形處理方式選擇了倒角處理。從平面布置相同的基本樓層往上，隨著層數的增長，曲率半徑越來越小。建筑整體大部分都是弧形結構，包括建筑結構的外輪廓、外圈框架梁、部分內連梁。由此可見，無論是建筑的結構構成還是布局空間都具有非常強的復雜性，而這種輪廓曲線的復雜性，給建筑物信息數據的采集造成了很大的困難，導致工作量巨大，所需時間較長，也在一定程度上降低了內業數據處理的效率。建筑穹頂的頂部高度很高，并且所設計的金屬幕墻、玻璃幕墻沒有很好的反光效果，因此，把儀器直接架在地面上根本無法完成準確的測量。除此之外，對于建筑的一些特殊點位，只利用全站型電子測距儀也不能很好地進行采集。

2 超高層建筑竣工測量的實施技術流程

某工程在進行竣工測量時，主要利用了NJCORS 衛星定位導航服務系統對建筑物進行實時動態測量，這是一種新的且常用的GPS 測量方法。在正式測量前，檢查核對已知控制點的坐標和高度是非常有必要的。要求平面位置差值和高程差值都小于等于正負五厘米。檢核完畢后，利用GPS 接收機開始進行作業，與此同時，需要把天線架到三腳架上，該建筑測量所用接收機的型號是Leica GS12。另外，在參數配置方面，采用2008 南京地方坐標系，1985 國家高程基準。每個控制點至少需要三個測回，即開關機三次測量，其中需要特別注意的是，保證每個測回時間間隔至少為60 秒。為了比較不同時刻的觀測結果，還至少需要30 個觀測歷元數。而且位置精度因子的值不宜超過4.420。解算方法需要采用GPS 中的固定解，因為通過這種算法解出整數的模糊度之后，會大幅度提高定位精度。在此期間要充分保證數據滿足相應的規范要求。

2.1 高度測量

由于建筑物穹頂過高，不是很容易實施測量。因此，對于建筑物的高度測量，主要利用了電磁波測距三角高程測量方法和全站儀對邊測量方法，還應用了效率最高的無人機傾斜攝影測量技術。其中電磁波測距三角高程測量方法主要是通過觀測測站點到儀器觀測照準的目標點的豎直角，再用電磁波測距儀測取此兩點間的距離，根據平面三角公式計算此兩點間的高差，進而推求待定點高程[1]。測量次數盡量為兩次，而且兩次測量結果的差值需要保持在100 毫米以內，最終結果取兩次測量的平均值。而進行全站儀對邊測量時，體現出了幾個非常大的優勢，第一個是能自行選擇觀測角度，第二個是不需要定向，第三個是有非常高的測量精度。而應用無人機傾斜攝影測量技術時，首先要對相機進行檢驗校對，其次，利用航測進行空三加密，從航空攝影獲得的影像中獲取建筑的數字高程模型，以建立一個表達地面高程起伏形態的數字集合。與此同時，還要獲取數字正射影像圖，進而生成實景三維模型，表1 則給出了不同測量手段獲取的穹頂高度成果。從表中我們可以看出，雖然利用無人機傾斜測量技術的測量方法得出的高度差值相對較高，但是三組成果沒有相差很多。

表1 不同測量手段穹頂高度成果對比表/m

2.2 平面位置和建筑面積測量

由于此工程建筑物有非常獨特的弧形輪廓，還有反射非常強的玻璃幕墻和金屬幕墻，所以把建筑的標準層作為了基礎測量對象。首先利用免棱鏡全站儀將建筑物的特征點采集出來，進而將其獲得的特征點用曲線連接起來，從而形成外形輪廓。其次，確定建筑物的平面位置以及它的面積，并進行多次校對。最后，利用無人機傾斜攝影測量技術生成的正射影像圖和實景三維模型將建筑物的標準層外輪廓線提取出來，從而計算出建筑物的面積。表2 則為全站儀測量和無人機測量方法的成果對比。從表中我們可以看出，無人機傾斜攝影測量技術跟全站儀測量技術所得的結果差值相差不多。但是利用無人機可以獲得更加豐富的數據信息以及更高的效率。

表2 不同測量方法成果對比（標準層建筑面積）/m2

2.3 竣工圖制作和入庫

對建筑物進行測量并獲取相應的數據之后，需要對設計圖紙進行校對審核，還需要編繪竣工總平面圖，此工作的完成主要利用了南方CASS9.0 制圖軟件，但是此過程需要對CASS9.0 進行二次開發。另外，在數據的提取方面，主要利用的是AutoCAD 二次開發的VBA 程序[2]。數據提取成功之后，要對數據進行計算和檢查，這里采用了Excel 多表格嵌套的對比方式。除此之外，在地形圖入庫時，采用EPS2008 地理信息工作站，此平臺相對其他軟件來說具有很大的優勢，優勢是支持各種測量成果數據，并且需要編輯更新時可以隨時進行下載。入庫的步驟主要有五步，第一步是需要將數據進行導入，第二步是對數據進行預處理，第三步則是圖面編輯，第四步是拓補共面，最后一步則是屬性錄入。

3 結束語

總而言之，本文以某工程的超高層建筑竣工測量為例，重點研究了無人機傾斜攝影測量技術在超高層建筑竣工測量中的應用。這種技術跟以往的全站儀測量技術有很大不同，充分體現了效率高、測量結果較為準確的優點，給超高層建筑竣工的測量帶來了很大的幫助。另外，無人機傾斜攝影測量技術的廣泛應用，一定會推動測繪行業的發展。