摘要：竣工測(cè)量是城市規(guī)劃管理、智慧輔助決策的基礎(chǔ)工作，隨著智慧城市建設(shè)步伐的加快，通過傳統(tǒng)全野外數(shù)字采集方法獲取的二維竣工數(shù)據(jù)已難以滿足新時(shí)代發(fā)展對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)三維化的新要求。以某住宅項(xiàng)目為例，提出一種采用無人機(jī)航空傾斜攝影測(cè)量技術(shù)和實(shí)景三維建模技術(shù)，結(jié)合傳統(tǒng)竣工測(cè)量技術(shù)的方法進(jìn)行城市小區(qū)竣工測(cè)量的新方法。精度分析結(jié)果表明，可以有效地提升測(cè)繪精度，得到良好的測(cè)繪成果。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量空三測(cè)量實(shí)景三維建筑竣工測(cè)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(guī)劃竣工測(cè)量是指在城市建設(shè)工程批后規(guī)劃監(jiān)督測(cè)量中，對(duì)已經(jīng)竣工完成的建筑進(jìn)行的測(cè)量工作，來檢驗(yàn)工程項(xiàng)目施工現(xiàn)狀[1]。它是工程建設(shè)的真實(shí)記錄，是落實(shí)城市規(guī)劃、促進(jìn)土地利用、動(dòng)態(tài)進(jìn)行城市規(guī)劃批后管理的關(guān)鍵程序，是進(jìn)行土地執(zhí)法監(jiān)察和城市規(guī)劃監(jiān)督的重要來源。

在實(shí)際測(cè)量工作中，城市建設(shè)工程批后規(guī)劃監(jiān)督測(cè)量是根據(jù)城市規(guī)劃部門審批的總平面圖、規(guī)劃建筑紅線圖和用地紅線圖，準(zhǔn)確測(cè)定建（構(gòu)）筑物的形狀、尺寸、平面位置、高度、間距、層數(shù)、與周邊建筑及規(guī)劃界線的關(guān)系等。竣工測(cè)量成果圖在現(xiàn)狀地形的基礎(chǔ)上，疊加各項(xiàng)城市規(guī)劃指標(biāo)線，直觀地分析建筑物與城市規(guī)劃控制、土地使用狀況及周邊建筑的四至關(guān)系[2]。城市規(guī)劃部門將竣工成果與規(guī)劃審批圖紙進(jìn)行逐一核實(shí)，對(duì)不相符的問題如項(xiàng)目有移位、超面積建設(shè)、不按設(shè)計(jì)圖紙施工等違規(guī)違法建設(shè)行為在實(shí)地核實(shí)不符后，進(jìn)行相應(yīng)的處罰等監(jiān)督管理。

1項(xiàng)目測(cè)區(qū)概況

測(cè)區(qū)位于北京市大興區(qū)，如圖１所示，為已建成即將交付的住宅小區(qū)。范圍內(nèi)有高壓線塔，高度約40ｍ，建筑物多為18層，最高點(diǎn)為房屋頂部造型部分，相對(duì)地面高差近70ｍ，房屋結(jié)構(gòu)較為規(guī)整，外觀較為統(tǒng)一。小區(qū)內(nèi)有道路、綠化、車位、配電房等附屬設(shè)施。

2技術(shù)流程

根據(jù)無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的技術(shù)特點(diǎn)，結(jié)合建筑規(guī)劃竣工測(cè)繪技術(shù)要求，制定作業(yè)流程（如圖1所示）。

2.1傾斜攝影

本項(xiàng)目?jī)A斜攝影實(shí)施采用大疆M200Pro無人機(jī)飛行器，加載高精度PPK、GPS/IMU、五鏡頭傾斜攝影平臺(tái)，同時(shí)從垂直、前方、后方、左側(cè)、右側(cè)5個(gè)不同角度以大范圍、高精度、高分辨率的方式全方位感知復(fù)雜場(chǎng)景，采集多源POS、航片數(shù)據(jù)[3]。共飛行3架次，設(shè)計(jì)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(shù)據(jù)量總計(jì)18G。斜視影像樣片如圖2所示。

2.2像控點(diǎn)布設(shè)

無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量采用的平面、高程基準(zhǔn)與竣工測(cè)量測(cè)圖基準(zhǔn)一致，為了提高三維建模精度，將航高設(shè)計(jì)為允許最低值，有利于像控點(diǎn)的識(shí)別和高精度紋理獲取。測(cè)區(qū)內(nèi)較為平坦，因此，選擇成像清晰的塊狀地物拐角點(diǎn)作為像控點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)工程選取地面角點(diǎn)清晰處為像控點(diǎn)，地面角點(diǎn)不明顯處和樓頂面采用油漆噴涂的方式繪制人工角點(diǎn)，測(cè)區(qū)內(nèi)總計(jì)布設(shè)25個(gè)像控點(diǎn)，其中19個(gè)為控制點(diǎn)，6個(gè)為檢查點(diǎn)。像控點(diǎn)選定后，利用GPS-RTK進(jìn)行平面高程控制測(cè)量，觀測(cè)時(shí)始終保持同步鎖定6顆以上衛(wèi)星，PDOP值小于6，流動(dòng)站距離參考站平均距離800m，經(jīng)精度評(píng)定，觀測(cè)成果的平面、高程點(diǎn)位中誤差分別為±3cm、±4.5cm，滿足精度要求。

2.3空三測(cè)量

基于CSCORS在測(cè)區(qū)構(gòu)建的虛擬基站數(shù)據(jù)，對(duì)高精度PPK位置信息進(jìn)行后差分處理，結(jié)合GPS/IMU定位定姿數(shù)據(jù)融合解算，獲取高精度的定位定姿信息，將影像、相機(jī)（按國(guó)家有關(guān)主管部門要求進(jìn)行檢驗(yàn)）參數(shù)、定位定姿信息、像控點(diǎn)成果作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用BentleyContextCapture軟件在全數(shù)字?jǐn)z影工作站上完成空中三角測(cè)量[4]。

空三解算重投影誤差均方根（RMS）為0.69像素，像控點(diǎn)平面及高程殘差均在1cm以內(nèi)。集群實(shí)景三維建模節(jié)點(diǎn)數(shù)量10個(gè)，共耗時(shí)5h。實(shí)景三維數(shù)據(jù)量共計(jì)1.49G，實(shí)際效果如圖3所示。

2.4竣工地形圖生產(chǎn)

1∶500竣工地形圖制作：在外業(yè)航飛完畢后，提取獲取的多視影像數(shù)據(jù)，通過contextCapture軟件平臺(tái)生產(chǎn)測(cè)區(qū)實(shí)景三維模型，在EPS三維平臺(tái)上調(diào)取實(shí)景三維模型數(shù)據(jù)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(shí)景模型及多視影像上可以看清楚的地物、地貌元素應(yīng)全部用相應(yīng)符號(hào)表示，做到無錯(cuò)漏、不變形、不移位。因?yàn)槿S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(diǎn)及邊界線；對(duì)建筑物角點(diǎn)、圍墻拐角點(diǎn)等重要地物，采集時(shí)開啟輔助線，利用斜視影像進(jìn)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(cè)量地形圖，省去煩瑣的外業(yè)調(diào)繪工作，為快速制作大比例尺地形圖測(cè)繪提供一種新的解決方案，成果如圖4所示。作業(yè)過程中還能獲取大量的中間成果，如目標(biāo)區(qū)域點(diǎn)云、三維模型、DEM、DOM等，這些成果能為其他勘測(cè)設(shè)計(jì)工作服務(wù)，可謂達(dá)到“一舉多得”“外事內(nèi)做”“節(jié)能減排”的目標(biāo)。

3精度分析

為了驗(yàn)證無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量獲取的平面精度、高程精度和地物點(diǎn)間距精度，實(shí)驗(yàn)中對(duì)該測(cè)量區(qū)域105個(gè)平面地物點(diǎn)、52個(gè)高程點(diǎn)和36個(gè)地物點(diǎn)距離進(jìn)行了驗(yàn)證，其中105個(gè)平面地物點(diǎn)中58點(diǎn)為主要地物點(diǎn)，47個(gè)為次要地物點(diǎn);52個(gè)高程點(diǎn)中17個(gè)位于小區(qū)室外地坪，19個(gè)位于樓頂天面，16個(gè)位于女兒墻上;36個(gè)間距主要選取房角特征點(diǎn)、道路兩邊明顯地物點(diǎn)和紅線界址點(diǎn)之間距離。通過將無人機(jī)獲取的平面、高程點(diǎn)與全站儀測(cè)圖數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，地物間距和實(shí)地鋼尺量距比對(duì)，按照中誤差公式進(jìn)行精度計(jì)算，部分差值結(jié)果如表1、表2所示。

根據(jù)《城市測(cè)量規(guī)范》（CJJ8—2011）建筑竣工測(cè)量地形圖的測(cè)量精度要求可知，竣工測(cè)量的地物點(diǎn)相較于鄰近平面控制點(diǎn)中誤差不大于50mm，地物點(diǎn)相較于鄰近地物點(diǎn)間距中誤差不大于50mm，高程中誤差不大于40mm。根據(jù)表1和表2數(shù)據(jù)計(jì)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(yīng)用無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量，其平面測(cè)量、高程測(cè)量和間距測(cè)量精度滿足竣工測(cè)量要求。

4結(jié)語(yǔ)

無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量能夠顯著地改善工作環(huán)境，降低測(cè)量成本，同時(shí)提高測(cè)量的效率和質(zhì)量。將無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用在建筑規(guī)劃竣工地形圖測(cè)繪方面，能夠有效地提升測(cè)繪精度，獲得良好的測(cè)繪成果。通過傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在該項(xiàng)目測(cè)繪的地形圖精度要求，該技術(shù)方法具有機(jī)動(dòng)靈活、操作簡(jiǎn)單、軟硬件成熟、成本低等優(yōu)點(diǎn)，很容易得到推廣。但是，該技術(shù)思路仍存在諸多缺陷，即無人機(jī)重量輕、風(fēng)力較大時(shí)，不宜飛行，電動(dòng)無人機(jī)續(xù)航時(shí)間短。對(duì)于植被密集區(qū)域，這種方法很難達(dá)到預(yù)期的精度要求等。然而，隨著傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的進(jìn)一步研究，隨著硬件設(shè)備的進(jìn)一步更新?lián)Q代，以及多種設(shè)備的相互配合作業(yè)下，無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)會(huì)有更高的精度，更廣泛的應(yīng)用，對(duì)進(jìn)一步推廣無人機(jī)測(cè)量和提升建筑行業(yè)信息化水平具有現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

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