楊家成

摘 要 為了推動建筑行業(yè)的綠色化、高效化和低能耗發(fā)展，需做好建筑規(guī)劃竣工測繪工作，引進現(xiàn)代化測繪技術(shù)，獲取真實準(zhǔn)確的建筑數(shù)據(jù)、影像等信息，確保建筑設(shè)計、施工與城市規(guī)劃方案一致。無人機傾斜攝影測量是一種基于無人機遙感的現(xiàn)代化測量技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度測量，獲取立體影像。

關(guān)鍵詞 無人機 傾斜攝影測量 建筑規(guī)劃竣工 測繪

中圖分類號：P23 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0745（2020）03-0015-02

當(dāng)下，無人機航測技術(shù)發(fā)展日漸興盛，讓測繪地理信息行業(yè)如虎添翼。大力推廣無人機航測技術(shù)是當(dāng)前促進測繪地理信息事業(yè)轉(zhuǎn)型升級、提升測繪地理信息服務(wù)保障能力的迫切需求，也是推進應(yīng)急測繪保障能力和建設(shè)“數(shù)字城市”、“智慧城市”的重要保障。目前，無人機航測技術(shù)已經(jīng)在我國的多個測繪領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，為我國的基礎(chǔ)建設(shè)工作提供了精確可靠的數(shù)據(jù)支持。

1 無人機傾斜攝影測量技術(shù)概述

無人機航測系統(tǒng)以當(dāng)前在全球范圍內(nèi)逐漸興起的靈活、機動性強、體積小的無人機作為飛行平臺，該系統(tǒng)主要由無人機、數(shù)字遙感設(shè)備、測姿測速設(shè)備、飛控系統(tǒng)以及地面控制系統(tǒng)、地面站控制軟件、航線規(guī)劃軟件和數(shù)據(jù)處理軟件等組成。其主要工作原理就是通過在無人機上裝載數(shù)碼相機進行低空航拍，從而對地面的地理信息數(shù)據(jù)進行采集，再經(jīng)專業(yè)軟件處理得到多種數(shù)字化測繪產(chǎn)品。目前，無人機航測技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)成熟，其與GPS技術(shù)相結(jié)合可以實現(xiàn)自動導(dǎo)航功能。近兩年，無人機傾斜攝影測量技術(shù)逐漸盛行，其利用多鏡頭傾斜相機搭載在無人飛行平臺上，能夠快速獲取地面傾斜影像數(shù)據(jù)建立地面實景三維模型，從而真正將外業(yè)實景與計算機技術(shù)相融合，利用最新的裸眼三維測圖技術(shù)進行內(nèi)業(yè)測量，可生產(chǎn)出滿足精度要求的5D數(shù)字化產(chǎn)品[1]。

無人機遙感技術(shù)是一種使用無線電遙控設(shè)備和已加載的程序控制器來獲取測量和制圖信息的技術(shù)?；谙到y(tǒng)框架，無人機遙感技術(shù)系統(tǒng)主要由無人機飛行平臺、飛行控制系統(tǒng)、攝影傳感器、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、汽車運輸設(shè)備和地面控制系統(tǒng)組成?？梢愿鶕?jù)測繪需求選擇合適的技術(shù)。固定翼無人機和EOS5DMark攝像頭傳感器在正常情況下用于設(shè)施[2]。無人機具有高度的靈活性，較高的飛行要求，較高的可控性和高度的自動化程度。根據(jù)測繪要求，對飛行路線進行設(shè)計和遠程控制，設(shè)備可以隨時起飛和降落，在較深的地形上進行測繪，工作效率很高，每周監(jiān)控面積已達2100平方公里。由于無人機包含彩色數(shù)碼相機等高精度數(shù)字成像設(shè)備，因此它可以接收清晰、全面的正數(shù)碼相機圖像，并且近距離航拍的精度可以達到亞米。所捕獲的圖像可以直接在系統(tǒng)中進行處理，然后傳輸?shù)降孛婵刂葡到y(tǒng)，從而大大節(jié)省了人工和時間成本，并且數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性很高。應(yīng)用無人機傾斜攝影測量技術(shù)，可使無人機從多個角度（例如垂直和傾斜）捕獲遙感圖像，而無需重復(fù)測量以獲得完整和真實的地標(biāo)信息，從而大大提高了工作效率。無人機傾斜攝影測量技術(shù)還可用于測量和繪制施工計劃的完成情況。技術(shù)人員可借助于地面站軟件APCommander，來發(fā)出飛控、導(dǎo)航指令，全面獲取目標(biāo)建筑的信息，所得影像與人類感知相符，信息豐富真實，而且會提供真實、豐富的紋理信息，確保所構(gòu)建的竣工建筑三維模型更為逼真，同時，可借助所獲取的信息，來繪制1：500竣工地形圖，便于驗收工作的開展。

2 無人機傾斜攝影測量技術(shù)過程分析

2.1 航拍準(zhǔn)備

首先，應(yīng)根據(jù)測繪要求建立光控點。通常，設(shè)置2條路線，為基線設(shè)置12個水平高度點，在每條路線上設(shè)置高度控制點，并設(shè)置5條基線。設(shè)置視頻控制點后，請檢查無人機及其所攜帶的設(shè)備是否正常工作，遙測信號是否正常，數(shù)據(jù)連接是否良好，路線規(guī)劃是否適當(dāng)以及一切是否正常。一切正常后，您可以啟動無人機和遙控器。無人機會按照已建立的路線飛行，并在飛行中進行等距或等時攝影[3]。

2.2 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

隨著無人機遙感技術(shù)體系的成熟，市面上出現(xiàn)了很多的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，技術(shù)相對成熟的有數(shù)字測量工作站Inpho、DPW、Jx-4CDPS、適普VirtuoZo，測繪工作人員可根據(jù)工作需求選擇合適的處理系統(tǒng)。在制作DOM的過程中，應(yīng)該采集相關(guān)航攝資料，進行空三加密，應(yīng)用地面布設(shè)的控制或POS數(shù)據(jù)，獲取外方位元素和DTM數(shù)據(jù)，應(yīng)用OrthoVista模塊、SeamEditor等，糾正單片，鑲嵌拼接影像，進行勻光勻色處理，適當(dāng)裁剪圖幅范圍，最終生成數(shù)字正射影像圖[4]。

2.3 建筑規(guī)劃圖編輯

建筑規(guī)劃竣工測繪工作完成后，需制作建筑規(guī)劃圖，確保圖紙信息的真實性和準(zhǔn)確性，從而保障工程建設(shè)的準(zhǔn)確性。在工作過程中，應(yīng)該及時掌握竣工信息，將生成的DOM數(shù)據(jù)導(dǎo)入建筑工程GIS影像庫中，并在竣工建筑中添加Super-MapDeskPro，實現(xiàn)矢量化轉(zhuǎn)換，將工程攝影測量信息及時錄入影像庫中，確保信息的時效性。

3 無人機傾斜攝影測量技術(shù)在測繪建筑規(guī)劃中的應(yīng)用分析

3.1 特殊情況

以城市建筑為例，將其分為4座商業(yè)高低建筑。該建筑占地面積41，305.2平方米，總建筑面積112，840.35平方米。無人機傾斜攝影測量技術(shù)用于完成建筑設(shè)計以及具體工作的測量和制圖，其過程如下：（1）采集航空照片數(shù)據(jù)。在此勘測和地圖繪制中使用了具有五個鏡頭的航空攝像機。鏡頭的焦距設(shè)置為24mm，航跡的重疊和側(cè)面重疊分別達到85%和80%，受影響的地面分辨率為3.5cm。根據(jù)測繪要求，為每個飛行位置設(shè)計了4道27條航線，絕對飛行高度為189m，基線長度為12m，距離設(shè)置為24m，總路線長度為20.8km。（2）具有自動建模功能的三空中加密。將通過航空攝影獲得的傾斜圖像和野外圖像控制點導(dǎo)入Smart3D軟件平臺，確定加密點的高度及其水平位置，實現(xiàn)三次空中加密，然后生成點云，創(chuàng)建不規(guī)則三角網(wǎng)并確定實際特征創(chuàng)建三維模型，實現(xiàn)自動紋理映射，并為真實場景自動生成三維建筑模型。（3）收集數(shù)字藝術(shù)線條。測量師和制圖人員可以使用DPModeler軟件中的矢量映射模塊來捕獲辦公室中的數(shù)字線圖，創(chuàng)建高精度，大規(guī)模地形數(shù)據(jù)的矢量集合，并使用捕獲的圖像和全自動生成的3D模型定位地面物體，并在下面提供其三維信息使用軟件的垂直引導(dǎo)和交叉引導(dǎo)功能為特征點的移動方向提供參考，確保數(shù)據(jù)收集的準(zhǔn)確性并減少野外制圖工作量。（4）結(jié)果數(shù)據(jù)。完成無人機傾斜攝影測量后，可用的結(jié)果數(shù)據(jù)包括建筑物外表面的點數(shù)據(jù)采集（點云）、實際特征的3D模型和實際3D模型。同時，應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果處理數(shù)據(jù)的副本[5]。

3.2 錯誤分析與優(yōu)化

盡管該技術(shù)是相對先進的并且具有高度的自動化，但是不可避免的是它會受到外部因素的干擾并導(dǎo)致需要改進控制的錯誤。在測繪工作中，主要的誤差類型為：（1）照片原始分辨率的誤差。在對建筑設(shè)計和完工進行測繪時，地形圖特征點的測繪精度較高，但無人機傾斜攝影測量的地面分辨率較低，無法滿足其需求。人員應(yīng)優(yōu)化無人機的導(dǎo)航參數(shù)，并采取降低海拔高度，更換遠攝鏡頭等措施，以提高圖像的地面分辨率，并滿足相關(guān)的測繪要求;（2）空三加密的影響。使用Smart3D軟件平臺的空中三重加密可能導(dǎo)致不匹配飛行點數(shù)據(jù)和圖像到空中三重的精度。為了確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，可以采取手動干預(yù)措施以確保建筑物的完整地形圖的準(zhǔn)確性是適當(dāng)?shù)?（3）手動捕獲錯誤。盡管無人機傾斜攝影測量法是自動操作，但它還包括容易出錯的手動操作模塊。例如，當(dāng)功能以不同的高度顯示時，手動采集很難確保數(shù)據(jù)矢量收集的準(zhǔn)確性。需要工作經(jīng)驗。豐富而熟練的員工根據(jù)不同角度調(diào)整圖像，以確保數(shù)據(jù)收集的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)論

綜上所述，針對傳統(tǒng)調(diào)查測繪工作中存在的問題，依托無人機的優(yōu)勢特點，無人機測繪可對傳統(tǒng)方法進行補充完善，為外業(yè)調(diào)查統(tǒng)計提供精確的地理信息數(shù)據(jù)。首先根據(jù)調(diào)查測繪工作需求進行無人機測繪任務(wù)規(guī)劃，主要從無人機傾斜攝影測繪和調(diào)查航拍兩個方面設(shè)計。無人機傾斜攝影可采集到建筑物側(cè)面紋理、拍攝高分辨率影像，對航拍成果進行實景三維建模。通過高精度三維模型，可精確測量出建筑物的建筑面積，同時可利用傾斜攝影空三加密成果進行數(shù)字線化圖采集作業(yè)。利用靈活的無人機能夠拍攝到目標(biāo)建筑的所有信息，構(gòu)建出三維立體模型，讓工程驗收人員準(zhǔn)確觀察到建筑建設(shè)情況，審核其是否滿足城市規(guī)劃設(shè)計方案，從而給出合理的審批意見，大大提升工作效率與質(zhì)量。

參考文獻：

[1] 劉楊洋，吳鵬飛，劉金濤，韓小樂，楊亞鈐.基于無人機傾斜攝影測量的山丘區(qū)表面高程數(shù)據(jù)評價[J].水力發(fā)電，2020，46（05）：22-26.

[2] 陳隆，田新光，劉紅華，高鵬.無人機傾斜攝影測量在鐵路地理空間數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用[J].勘察科學(xué)技術(shù)，2020（01）：50-55.

[3] 劉敏，張啟超，趙彬，李智慧.基于低空無人機傾斜攝影測量在農(nóng)村房屋不動產(chǎn)登記權(quán)籍調(diào)查中的應(yīng)用[J].測繪與空間地理信息， 2020，43（01）：181-183.

[4] 劉培狀，楊秉澍.基于無人機傾斜攝影測量和BIM技術(shù)的三維實景模型在水利工程設(shè)計中的應(yīng)用研究[J].地下水，2019，41（06）：206-207.

[5] 萬劍華，劉汝濤，劉善偉，馮建偉，王朝，張馳.基于消費級無人機的地質(zhì)露頭三維建模技術(shù)研究[J].地理信息世界，2019，26（05）： 96-100.

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