無人機傾斜攝影測量技術在規劃竣工測量中的應用

來源：《城市勘測》2018年4月

作者：許新海

摘 要:傾斜攝影測量技術近幾年在測繪領域得到了廣泛應用，文章闡述了這項新技術的基本原理以及相比於傳統測量的技術優勢。通過工程實例，說明了具體的工作流程，並對生產成果精度進行了檢測。最後提出了目前仍存在的一些問題以及對未來的展望。

關鍵詞:無人機; 傾斜攝影測量; 竣工測量

1 引言

一直以來，地理信息數據的獲集多採用人工作業，勞動強度大，工序繁多、耗時耗力，近年來興起的無人機傾斜攝影技術徹底顛覆了傳統作業模式，該技術通過無人機低空多鏡頭攝影獲取豐富的立體影像數據，無須人工干預，自動生成三維地理信息模型，具有效率高、成本低、一次飛行信息豐富、數據精準等特點，已在國土監察、城市執法、應急救災、城市測繪等領域獲得了廣泛應用。

2 無人機傾斜攝影測量的基本原理及優勢分析

2. 1 基本原理

傾斜航空攝影是利用傾斜航空相機獲取地物信息的一種新型航空攝影方式。傾斜航空攝影區別於傳統的豎直航空攝影方式，傾斜相機通常採用五個方位進行數據採集，分為正攝、前視、後視、左視、右視，配合慣導系統獲取高精度的位置和姿態信息，通過特定的數據處理軟體進行數據處理，將所有影像納入到統一的坐標系統中，傾斜航空攝影如圖1 所示。

圖1 傾斜航攝示意圖

2. 2 技術優勢

( 1) 真實性

傾斜影像能讓用戶從多個角度觀察，更加真實再現地物的實際情況，無限逼近真實世界，彌補了傳統正射影像的不足。

( 2) 可量測性

傾斜影像通過配套軟體的應用，可以直接基於成果影像進行高度、長度、面積、角度的量測，實時獲取數據。

( 3) 豐富紋理

與傳統垂直影像相比，傾斜影像有它自己獨特的優勢: 它能提供豐富的建築物立面信息。有了建築物的立面信息，即獲取了建築物表面紋理，對於三維建模等方面有著深遠的影響。

3 應用案例

3. 1 工程概況

某測區位於蚌埠市西片區，測區由15 棟高層商品房及配套商業構成，三面臨城市道路，一面臨小區二期商業內街，需要測繪的竣工面積約16 萬m2。採用北方天途電動八旋翼無人機和五鏡頭傾斜相機實施航攝，武漢天際航有限公司的DP-Smart 軟體進行空中三角測量及全自動三維建模，竣工地形圖採集採用DP-Modeler 軟體。

3. 2 航線布設及數據獲取

根據實施竣工測量的區域確定飛行範圍，合理規劃飛行航線，確保航向重疊度保持在80%以上，旁向重疊度在60%以上。航線按照測區走向直線方法布設，平行於測區邊界線的首末航線的側視鏡頭能夠獲得測區的有效影像。考慮到傾斜攝影相機拍攝角度，為保證邊緣物體立體成像，航線覆蓋超出測區邊界線至少200 m。最終布設航線14 條，航向重疊度、旁向重疊度均為80%，飛行高度150 m，航向間距25 m，旁向間距38 m。航線設計圖如圖2 所示。

圖2 航線設計圖

本次航攝共獲取五鏡頭傾斜影像數據5 組，每組464 張照片，共計2320 張照片以及每張照片對應POS數據。

3. 3 空三加密自動建模

在DP-Smart 中新建工程，添加5 個鏡頭的影像數據以及對應的POS 數據，經過提取特徵點、相對定向、匹配連接點、區域網平差，生成攝區的空中三角測量成果。根據空三成果，提取特徵點，生成密集點雲數據以及三角網構建、紋理映射等，最終得到三維傾斜模型，如圖3 所示。

圖3 實景真三維模型

3. 4 矢量測圖

採用DP Modeler 新建解決方案，它可以基於傾斜數據直接對建築物矢量、點狀地物進行測量。採集過程中對於不同的地物給予不同的編碼，成果可以直接導出CASS 成圖，流程如圖4 所示。

圖4 流程圖

圖5 DP Modeler 竣工圖採集

3. 5 成果精度分析

依據《城市測量規範》建築竣工測量地形圖的測量精度要求: 竣工測量的主要地物點相對於臨近圖根點的點位中誤差不大於50 mm，次要地物點相對於臨近圖根點的點位中誤差不大於70 mm，地物點間距中誤差不大於50 mm。高程點相對於臨近圖根點的高程中誤差不大於40 mm。

( 1) 實測小區內分布均勻的建築物拐角坐標點6點，統計點位中誤差如表1 所示。

點位中誤差統計表

( 2) 選取小區內建築物邊長5 條，統計中誤差如表2 所示。

( 3) 選取小區內高程點5 點，統計高程中誤差如表3 所示。

通過上表分析，點位中誤差、間距中誤差、高程中誤差均在誤差允許範圍內，可以得出DP Modeler 矢量採集的地形圖以及建築物高度完全滿足城市測量規範要求，可應用於竣工測量。

4 結語

無人機傾斜攝影測量應用於竣工測繪產生了很好的效益，在蚌埠市得到了積極推廣。目前，規劃部門已經確定實景真三維模型作為竣工測量必須提交資料，對於竣工測繪中發現的違章建築，通過實景真三維模型標識移交城市管理執法部門，可以更方便快捷執法。另外，傾斜攝影測量成果集合三維平台可以得到更多的應用，比如結合規劃成果，可以對城市規划進行輔助決策，結合管線探測成果，實現地下管線管理等很多方面。

通過實際應用，我們也發現目前存在的一些問題:

( 1) 天氣因數制約的問題:由於攝影測量對於光線要求以及考慮到無人機飛行穩定性及安全性，適合飛行時間很受限制。

( 2) 影像遮擋問題:對於城市新建的高層建築以及高密度綠化小區，影像時有遮擋，雖然採取的是五鏡頭多視角觀測和大重疊飛行觀測方式，可解決一些地物被遮擋的問題，但是很多重要地物點無法採集，必須結合全站儀數據，共同編輯成圖。

( 3) 對作業員要求較高:對於內業作業人員，需要有一定的經驗，如不同熟練程度的作業人員對於同一地物繪製可能有1 個～2 個像素的誤差，矢量採集的準確性難以保證。

可以預見，隨著傾斜攝影測量技術的發展，軟體的進步，成本和維修費用降低，傾斜攝影測量技術在測繪地理信息領域應用必將更加深入廣泛。

參考文獻：略

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