无人机倾斜摄影测量技术在规划竣工测量中的应用

许新海

(蚌埠市勘测设计研究院，安徽 蚌埠 233000)

1 引 言

一直以来，地理信息数据的获集多采用人工作业，劳动强度大，工序繁多、耗时耗力，近年来兴起的无人机倾斜摄影技术彻底颠覆了传统作业模式，该技术通过无人机低空多镜头摄影获取丰富的立体影像数据，无须人工干预，自动生成三维地理信息模型，具有效率高、成本低、一次飞行信息丰富、数据精准等特点，已在国土监察、城市执法、应急救灾、城市测绘等领域获得了广泛应用。

2 无人机倾斜摄影测量的基本原理及优势分析

2.1 基本原理

倾斜航空摄影是利用倾斜航空相机获取地物信息的一种新型航空摄影方式。倾斜航空摄影区别于传统的竖直航空摄影方式，倾斜相机通常采用五个方位进行数据采集，分为正摄、前视、后视、左视、右视，配合惯导系统获取高精度的位置和姿态信息，通过特定的数据处理软件进行数据处理，将所有影像纳入到统一的坐标系统中，倾斜航空摄影如图1所示。

图1 倾斜航摄示意图

2.2 技术优势

(1)真实性

倾斜影像能让用户从多个角度观察，更加真实再现地物的实际情况，无限逼近真实世界，弥补了传统正射影像的不足。

(2)可量测性

倾斜影像通过配套软件的应用，可以直接基于成果影像进行高度、长度、面积、角度的量测，实时获取数据。

(3)丰富纹理

与传统垂直影像相比，倾斜影像有它自己独特的优势：它能提供丰富的建筑物立面信息。有了建筑物的立面信息，即获取了建筑物表面纹理，对于三维建模等方面有着深远的影响。

3 应用案例

3.1 工程概况

某测区位于蚌埠市西片区，测区由15栋高层商品房及配套商业构成，三面临城市道路，一面临小区二期商业内街，需要测绘的竣工面积约16万m2。采用北方天途电动八旋翼无人机和五镜头倾斜相机实施航摄，武汉天际航有限公司的DP-Smart软件进行空中三角测量及全自动三维建模，竣工地形图采集采用DP-Modeler软件。

3.2 航线布设及数据获取

根据实施竣工测量的区域确定飞行范围，合理规划飞行航线，确保航向重叠度保持在80%以上，旁向重叠度在60%以上。航线按照测区走向直线方法布设，平行于测区边界线的首末航线的侧视镜头能够获得测区的有效影像。考虑到倾斜摄影相机拍摄角度，为保证边缘物体立体成像，航线覆盖超出测区边界线至少 200 m。最终布设航线14条，航向重叠度、旁向重叠度均为80%，飞行高度 150 m，航向间距 25 m，旁向间距 38 m。航线设计图如图2所示。

图2 航线设计图

本次航摄共获取五镜头倾斜影像数据5组，每组464张照片，共计2320张照片以及每张照片对应POS数据。

3.3 空三加密自动建模

在DP-Smart中新建工程，添加5个镜头的影像数据以及对应的POS数据，经过提取特征点、相对定向、匹配连接点、区域网平差，生成摄区的空中三角测量成果。根据空三成果，提取特征点，生成密集点云数据以及三角网构建、纹理映射等，最终得到三维倾斜模型，如图3所示。

图3 实景真三维模型

3.4 矢量测图

采用DP Modeler新建解决方案，它可以基于倾斜数据直接对建筑物矢量、点状地物进行测量。采集过程中对于不同的地物给予不同的编码，成果可以直接导出CASS成图，流程如图4所示。

图4 流程图

图5 DP Modeler竣工图采集

3.5 成果精度分析

依据《城市测量规范》 建筑竣工测量地形图的测量精度要求：竣工测量的主要地物点相对于临近图根点的点位中误差不大于 50 mm，次要地物点相对于临近图根点的点位中误差不大于 70 mm，地物点间距中误差不大于 50 mm。高程点相对于临近图根点的高程中误差不大于 40 mm。

(1)实测小区内分布均匀的建筑物拐角坐标点6点，统计点位中误差如表1所示。

点位中误差统计表 表1

(2)选取小区内建筑物边长5条，统计中误差如表2所示。

间距中误差统计表 表2

(3)选取小区内高程点5点，统计高程中误差如表3所示。

高程中误差统计表 表3

通过上表分析，点位中误差、间距中误差、高程中误差均在误差允许范围内，可以得出DP Modeler矢量采集的地形图以及建筑物高度完全满足城市测量规范要求，可应用于竣工测量。

4 结 语

无人机倾斜摄影测量应用于竣工测绘产生了很好的效益，在蚌埠市得到了积极推广。目前，规划部门已经确定实景真三维模型作为竣工测量必须提交资料，对于竣工测绘中发现的违章建筑，通过实景真三维模型标识移交城市管理执法部门，可以更方便快捷执法。另外，倾斜摄影测量成果集合三维平台可以得到更多的应用，比如结合规划成果，可以对城市规划进行辅助决策，结合管线探测成果，实现地下管线管理等很多方面。

通过实际应用，我们也发现目前存在的一些问题：

(1)天气因数制约的问题：由于摄影测量对于光线要求以及考虑到无人机飞行稳定性及安全性，适合飞行时间很受限制。

(2) 影像遮挡问题：对于城市新建的高层建筑以及高密度绿化小区，影像时有遮挡，虽然采取的是五镜头多视角观测和大重叠飞行观测方式，可解决一些地物被遮挡的问题，但是很多重要地物点无法采集，必须结合全站仪数据，共同编辑成图。

(3)对作业员要求较高：对于内业作业人员，需要有一定的经验，如不同熟练程度的作业人员对于同一地物绘制可能有1个～2个像素的误差，矢量采集的准确性难以保证。

可以预见，随着倾斜摄影测量技术的发展，软件的进步，成本和维修费用降低，倾斜摄影测量技术在测绘地理信息领域应用必将更加深入广泛。

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