無人機傾斜攝影測繪技術在聯合測繪中的應用研究

翁達權

摘要：利用無人機航空攝影測量已經成為測繪工程中較為普遍的一種方式。通過合理運用無人機遙感技術，可以顯著提高測繪的精度和效率，降低工作難度，縮短工作周期，在實踐應用中獲得廣泛好評。以汕頭市萬達廣場為例，重點分析無人機傾斜攝影測量技術的優勢，結合使用傾斜攝影視角和垂直傾角進行測繪采集，收集到的資料信號更為全面和精確。通過無人機傾斜測繪和像片控制測量的數據成果進行聯合測繪，獲得了汕頭金平萬達廣場的測繪成果更加直觀、全面，更具有說服力。

關鍵詞：聯合測繪 ??工程測繪 ??測繪技術應用 ??無人機航空攝影

Research on the Application of UAV Tilt Photogrammetry Technology in Joint Surveying and Mapping

—Taking the Wanda Plaza Projectin Jinping，Shantou as an Example

WENG Daquan

（Shantou Surveying and Mapping Institute of Natural Resources， Shantou，Guangdong Province， 515000 China）

Abstract： The use of drone aerial photogrammetry has become a more common method in surveying and mapping engineering. The rational use of drone remote sensing technology can significantly improve the accuracy and efficiency of surveying and mapping， reduce the difficulty of work and shorten the work cycle， and it has been widely praised in practical applications. Taking the Wanda Plaza in Shantou City as an example， this paper focuses on analyzing the advantages of UAV tilt photogrammetry technology， and combines the use of the tilt photographic perspective and the vertical tilting angle for surveying and mapping acquisition， and the collected data signals are more comprehensive and accurate. This paper conducts joint surveying and mapping through the data results of UAV tilt surveying and photo control survey， and the obtained surveying and mapping results of Wanda Plaza in Jinping， Shantou are more intuitive， comprehensive and convincing.

Key Words： Joint surveying and mapping; Engineering surveying and mapping; Application of surveying and mapping technology; Drone aerial photography

隨著科學技術的進步，各類先進的科學技術應用的領域在不斷的擴大。各個行業的發展與科學結合更加緊密，而且各個行業在發展的過程中與科學技術的充分結合，不僅推動了行業的發展進步，也為其他行業的發展提供了新的方向，科學技術與測繪工程的結合成為時代發展的必然趨勢。無人機航拍技術在工程測量測繪工作中，可以獲取相對完整的圖像及被測目標的實際信息，為工程測量測繪提供更穩定、更精準的數據支持。無人機航拍技術中融合了多項技術手段，能夠完成工程信息測量、采集、傳遞及相關的數據處理工作，能夠以圖文并茂的形式，將測繪結果呈現在測繪軟件中，具有極高的靈活性。該技術的應用領域較為廣泛，優勢極高，在業內贏得了一致好評，是當前我國工程測量測繪行業的應用重要技術之一^[1-2]。

1 無人機航拍技術及其應用

1.1 無人機航拍技術

無人機航拍技術是指利用無人機的高空飛行能力和自身搭載的攝像設備，在航行過程中對被測目標進行實際情況的拍攝和測量，然后通過自身傳感器設備完成圖像拍攝和采集，并借助圖像處理技術對獲取的圖像信息進行分析和處理，最終將結果傳遞至終端。目前，該技術已廣泛應用于多種測繪領域，能夠高效地處理高空圖像信息，實現實地測量。無人機航拍技術由無人機航拍系統和無人機航拍操作結構兩部分組成。其中，無人機航拍系統包含無人機飛行器、導航飛控系統、動力裝置、電氣系統和云臺等組件。在應用時，無人飛行器作為主要載體，選擇全球導航衛星系統（Global Navigation Satellite System，GNSS）導航和MU定資模塊后，使用高分辨率的數字相機進行高空拍攝。

1.2 傾斜攝影測量技術

傾斜攝影測量技術流程主要分為外業過程、內業整理和繪制成果3個部分。如圖1所示，無人機傾斜測量技術的外業過程包括了無人機的飛行和拍攝、地面控制點布設和GPS數據采集。內業整理則是將外業拍攝的數據進行預處理、傳感器精度校正、點云數據提取和三維模型構建等處理。最后，繪制成果則是將三維模型導出，生成制圖、量算、分析和應用。傾斜攝影測量技術的發展與應用，為工程測繪提供了更加高效、準確和可靠的測繪方法。

2萬達廣場工程測繪中無人機測繪技術的應用

為了滿足汕頭萬達廣場項目規劃竣工驗收和不動產登記的需求，為相關部門實施規劃竣工驗收和不動產登記以及人防驗收提供可靠的地理信息數據支持，同時為委托方提供全方位展示項目建設成果、后期物業和室外空間安全管理、消防管控等服務。根據作業區域位置、規則及建筑物特征，無人機獲取地面影像數據，分辨率不低于0.015m，并生成傾斜的實景三維模型。結合傳統測量手段，采集建筑物特征點，繪制建筑物分層平面圖、宗地圖、竣工規劃測繪總平面圖等圖件，最終得到萬達廣場的精確測繪結果。采用技術路線“先控制后測圖、前后工序交疊進行、測繪過程步步檢核、確保質量的基礎上保證進度”的聯合測繪方式，確保測繪工作的高質量和進度。

無人機遙感技術在萬達廣場項目測繪中的應用，大大提高了工作效率，能夠快速監測大面積待測區域。同時，無人機測繪技術的數據全面性和高分辨率也為精確地繪制實景三維模型和其他測繪圖件提供了有力的支持，這種聯合測繪的方法，不僅使測繪數據更加準確和可靠，而且能夠提高工作效率，從而節約人力和成本，具有很高的實用價值和應用前景^[3-4]。

2. 1劃定航線與測量范圍

在運用無人機航拍技術進行測繪時，首先需要確定目標點位的測量范圍。接著根據目標點位的實際情況，規劃無人機的飛行路線。在實際應用中，無人機的飛行時間一般約為一個小時，但并不包括無人機的起降時間。為避免在航拍作業過程中發生能源耗盡導致墜機等事故，操作人員必須提前規劃好無人機的飛行路線和航拍時間，并做好充分的準備工作。為了確保在規定的時間內完成高效、精準的測量以及測繪工作，保證無人機航攝的完整性和全面性，還需要提前確定測量區域及逆行情況。確定了無人機航線并劃定了范圍后，才能使用無人機航測系統，在空中俯瞰觀測并拍攝被測量物體。在規劃航線和測量范圍時，應充分考慮被測量區域的實際情況，將其劃分為等距離的長條形狀，以便更好地進行測量。然后，查看長條區域對應的四角標志位置，并合理設置飛行時間、飛行速度和航拍距離，才能開展完整、全面的測量測繪工作。

本次測繪任務的區域位于汕頭市金平區潮汕路61號，東鄰潮州路，西鄰潮汕路，南鄰竹堤路，北鄰金鳳路，總面積約為64 016.00 m²，規劃許可總建筑面積為141 919.76 m²。該區域人口密集，交通流量大，屬于亞熱帶氣候，位于赤道低氣壓帶和副熱帶高壓帶之間，在東北信風帶的南緣，氣候溫和，冬季偶有短時霜凍。周圍環繞著低層住宅樓，地形平坦，通視良好，交通便利，日照充足，風力較小，非常適合使用無人機進行航拍測繪。

在設計航線時，首先需要考慮測區建筑的高度和建筑之間的間距，確定航線的旁向重疊率。已有資料顯示，該區域主要是由多層建筑和平房組成，因此我們將旁向重疊率設計為65%，航向重疊率為75%。如果測區邊緣是建筑物，我們需要根據視高度情況外擴1～2條航線。本次作業的飛行高度為150 m，個別困難地區可適當增加航高，航高差為20 m。在地面站確認飛行區域后，輸入飛行高度、旁向重疊率等參數，進行航線規劃。預計需要5～6次航行，才能在1個有效工作日內完成任務。同時，相鄰航線間的相鄰架次的下視重疊率不得低于70%。

因此，在無人機航拍測繪的過程中，需要仔細考慮航線的設計和規劃，以確保任務的高效和準確完成。

2.2建立目標區域控制網

在進行無人機航拍前，必須先在目標區域內建立區域控制網，以提高測量測繪的精度，完成精細化測繪作業，提高測量測繪的質量和效率。在建立測量區域控制網時，工作人員應結合該工程的實際情況和測量區域的地圖信息，建設與工程測量測繪規模相適應的控制網絡。在控制網的范圍內，應設置相應的GPS坐標點，并建立三維坐標系。各GPS坐標點的方位應標記在三維坐標系中，為后續的測量、測繪和數據分析提供有力的支持。

汕頭市已經建立了CORS網（共有5個基站），該網采用2000國家大地坐標系作為坐標系統，采用1985國家高程基準作為高程基準。CORS站南北分量的中誤差平均值為±0.3 mm，最大值為±0.3 mm；東西分量的中誤差平均值為±0.3 mm，最大值為±0.3 mm；垂直分量的中誤差平均值為±1.2 mm，最大值為±1.3 mm。CORS網作為本測區像片控制測量和無人機傾斜航空攝影的起算點，采用汕頭市5″導線點作為檢測控制點。在現場布控3個一級控制點，利用徠卡2″全站儀現場布設導線，結合無人機傾斜影像進行數據采集。控制測量和導線測量采用CORS實時定位技術，使用RTK進行實時定位。控制測量和導線測量的技術要求見下表1和表2。

2.3 開展外業航攝

在無人機起飛前，技術人員須重新組裝無人機機體，確保無人機的狀態穩定。安裝無人機航攝彈射架，并將提前設定好的飛行信息錄入無人機飛行系統中。在巡航飛行過程中，操控手需時刻緊盯無人機的飛行狀態，而技術支持人員則需觀察地面站上顯示的數據，不斷向操控手匯報無人機的各項參數，例如電壓、水平速度、高度和姿態等，并負責疏散圍觀人群、觀察實時交通狀況，以確保操控手的安全。在外業航攝作業過程中，數據傳輸系統是無人機航拍技術的核心系統，可用于實現無人機飛行的操控和跟蹤定位，并執行高效的信息傳輸。在無人機起飛后，操作人員可啟動巡航模式，使無人機按照預設的航線進行飛行。操控人員需密切觀察無人機的飛行狀態和周邊環境的變化，一旦發現無人機飛行異常，應立即采取人工操作干預以便控制無人機的航攝過程。

1. 萬達廣場基于無人機傾斜影像和像片控制的三維實景模型生產

3.1 無人機傾斜影像處理

完成外業航攝后，無人機拍攝的影像和數據信息是進一步分析和處理的基礎。在進行數據處理前，需要對外業采集的影像、位置信息和參數信息進行檢查，以確保它們符合處理要求。這個過程通常包括3個主要的部分：首先是對測區傾斜影像的檢查，以確定影像質量是否符合要求；其次是對與傾斜影像相關的POS等參數信息進行處理，以確保它們準確無誤地反映了無人機的位置和姿態；最后是對測區范圍內的控制點數據進行預處理，以便后續的數據處理和分析。

此時，數據分析和處理的任務包括影像比例的校正以及數字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）數據的匹配。在執行無人機航拍任務期間，需要考慮影像畸變的影響，并進行糾正，包括被測目標主點坐標和對稱畸變參數、CCD非正交性畸變系數、非對稱畸變參數等。同時，在DEM數據匹配處理中，需要建立被測目標的地表DEM模型，進行正射投影分析，并用于匹配DEM數據。通常使用pixel grid軟件進行DEM數據匹配，利用該軟件的自動數據采集和多模型匹配功能，有助于工作人員快速完成DEM點位的設置。通過無人機傾斜攝影獲取測繪信息，并對其進行處理和分析，以得到準確的測量結果。

3.2 像片控制測量

像片控制測量采用基于CORS站的網絡RTK測量方法，同時進行平面和高程測量。在困難地區，也可采用全站儀進行測量。檢核點的測量方法與像控點相同，對于建筑物頂部的檢核點，可以使用全站儀進行測量。完成像片控制測量后，需要按照要求對像片控制點成果表、計算表、點之記進行整理和核對，并由核對者簽字確認后方可提交內業處理。在汕樟路測區，像控點（包括檢查點）的點位信息需要按照“像控點點位信息表”的格式統一記錄。

在完成像片控制點聯測后，需要按照要求繪制測區像片控制點布點略圖，用于展示成果。在繪制略圖時，需要考慮布點的準確性和可視性，確保圖像清晰、易于理解。這樣可以為后續的數據處理工作提供有效的支持，確保數據質量和精度達到要求^[5-6]。

3.3 三維實景模型生產

為確保實景三維數據的質量和精度，在數據處理過程中，需要遵循各項處理規范。首先，需要將采集到的POS信息和傾斜影像制作成影像參數文件，將相機信息制作成相機參數文件，以確保數據的準確性。其次，在街景工廠中建立工作流程，匹配空三連接點并進行校正。由于計算連接點誤差較大，需要進行人工干預，并修正至標準值，以提高數據的精度和準確性。最后，進行建模生產，生成高質量的實景三維數據。具體實施步驟包括數據預處理、三維建模、紋理映射、質檢等環節，每個環節都需要遵循相應的處理規范，以確保數據的質量和精度達到要求。

三維建模是街景工廠利用分布式計算模式進行任務處理的過程，能夠高效地處理大量的數據。在實景三維建模過程中，需要考慮到大氣反射、水面反射、鏡面反射以及拍攝分辨率等因素的影響，這些因素可能導致數據的缺失、顏色失真、結構丟失、破損等問題。為了得到符合要求的數據，需要在3Dmax等軟件中進行二次處理，以修復缺陷和提高數據質量。

萬達廣場實景三維模型如圖2所示，該模型展示了建筑物的立體結構、立面外觀和細節特征等信息，具有較高的精度和真實性。這種建模技術可以應用于城市規劃、建筑設計、電影制作、游戲開發等領域，為各種應用提供了重要的數據支持。

4 結語

在汕頭金平萬達廣場工程測繪中，無人機測繪技術手段的使用解決了傳統測量模式下對建筑物造型奇特、誤差大、耗時長的問題，精確測定了建筑物不規則的外立面曲線，并解決了普通儀器對建筑物陽角及陰角在視覺下出現疊影難以識別照準的問題。此外，無人機測繪還輔助驗證聯合測繪成果數據，豐富了聯合測繪成果，并為后期成果延展運用提供了有力支撐。通過無人機測繪技術手段的應用，汕頭金平萬達廣場工程的測繪工作得以高效地實現，并獲得了精確可靠的測繪數據，這將對后續的建設、管理和維護工作產生重要影響。

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