基于無人機傾斜攝影和實景三維技術的建筑竣工測量研究

摘要：竣工測量是城市規劃管理、智慧輔助決策的基礎工作，隨著智慧城市建設步伐的加快，通過傳統全野外數字采集方法獲取的二維竣工數據已難以滿足新時代發展對基礎數據三維化的新要求。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和實景三維建模技術，結合傳統竣工測量技術的方法進行城市小區竣工測量的新方法。精度分析結果表明，可以有效地提升測繪精度，得到良好的測繪成果。

關鍵詞：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

建筑工程規劃竣工測量是指在城市建設工程批后規劃監督測量中，對已經竣工完成的建筑進行的測量工作，來檢驗工程項目施工現狀[1]。它是工程建設的真實記錄，是落實城市規劃、促進土地利用、動態進行城市規劃批后管理的關鍵程序，是進行土地執法監察和城市規劃監督的重要來源。

在實際測量工作中，城市建設工程批后規劃監督測量是根據城市規劃部門審批的總平面圖、規劃建筑紅線圖和用地紅線圖，準確測定建（構）筑物的形狀、尺寸、平面位置、高度、間距、層數、與周邊建筑及規劃界線的關系等。竣工測量成果圖在現狀地形的基礎上，疊加各項城市規劃指標線，直觀地分析建筑物與城市規劃控制、土地使用狀況及周邊建筑的四至關系[2]。城市規劃部門將竣工成果與規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、不按設計圖紙施工等違規違法建設行為在實地核實不符后，進行相應的處罰等監督管理。

1項目測區概況

測區位于北京市大興區，如圖１所示，為已建成即將交付的住宅小區。范圍內有高壓線塔，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，房屋結構較為規整，外觀較為統一。小區內有道路、綠化、車位、配電房等附屬設施。

2技術流程

根據無人機傾斜攝影測量的技術特點，結合建筑規劃竣工測繪技術要求，制定作業流程（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、右側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雜場景，采集多源POS、航片數據[3]。共飛行3架次，設計航高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，數據量總計18G。斜視影像樣片如圖2所示。

2.2像控點布設

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。測區內較為平坦，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，測區內總計布設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顆以上衛星，PDOP值小于6，流動站距離參考站平均距離800m，經精度評定，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在測區構建的虛擬基站數據，對高精度PPK位置信息進行后差分處理，結合GPS/IMU定位定姿數據融合解算，獲取高精度的定位定姿信息，將影像、相機（按國家有關主管部門要求進行檢驗）參數、定位定姿信息、像控點成果作為基礎數據，利用BentleyContextCapture軟件在全數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。集群實景三維建模節點數量10個，共耗時5h。實景三維數據量共計1.49G，實際效果如圖3所示。

2.4竣工地形圖生產

1∶500竣工地形圖制作：在外業航飛完畢后，提取獲取的多視影像數據，通過contextCapture軟件平臺生產測區實景三維模型，在EPS三維平臺上調取實景三維模型數據用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、地貌元素應全部用相應符號表示，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，省去煩瑣的外業調繪工作，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。作業過程中還能獲取大量的中間成果，如目標區域點云、三維模型、DEM、DOM等，這些成果能為其他勘測設計工作服務，可謂達到“一舉多得”“外事內做”“節能減排”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據進行比對，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，部分差值結果如表1、表2所示。

根據《城市測量規范》（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。根據表1和表2數據計算，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結語

無人機傾斜攝影測量能夠顯著地改善工作環境，降低測量成本，同時提高測量的效率和質量。將無人機傾斜攝影測量技術應用在建筑規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在該項目測繪的地形圖精度要求，該技術方法具有機動靈活、操作簡單、軟硬件成熟、成本低等優點，很容易得到推廣。但是，該技術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，電動無人機續航時間短。對于植被密集區域，這種方法很難達到預期的精度要求等。然而，隨著傾斜攝影測量技術的進一步研究，隨著硬件設備的進一步更新換代，以及多種設備的相互配合作業下，無人機傾斜攝影測量技術會有更高的精度，更廣泛的應用，對進一步推廣無人機測量和提升建筑行業信息化水平具有現實意義。

參考文獻

[1]牛晶晶.融合星載SAR與無人機傾斜攝影測量數據的礦區地表形變監測方法[D].長沙：中南大學，2023.

[2]孫灝.三維激光掃描在異形建筑竣工測量中的應用[J].現代測繪，2023，46（5）：45-47.

[3]余章蓉，王友昆，潘俊華，等.TrimbleX7三維激光掃描儀在建筑工程竣工測量中的應用[J].測繪通報，2021（4）：160-163.

[4]景曉飛.基于無人機傾斜攝影的農村建筑物目標提取與輪廓擬合[D].北京：中國礦業大學，2023.

[5]鄒兵.測繪新技術在高層建筑工程竣工測量中的綜合應用分析[J].北京測繪，2020，34（9）：1289-1292.

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