无人机倾斜摄影测量在城市建筑物竣工测量中的应用

宋佳

摘 要：随着城市的发展，城市规划在城市管理和建设中扮演着越来越重要的角色。规划竣工验收测量是规划监督测量的最后一个环节，是城市规划行政主管部门进行建筑规划竣工验收的主要依据，具有权威性和法律意义。倾斜摄影测量技术是指通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从一个垂直、四个倾斜等5个不同的角度采集影像，该技术通过低空多视镜头摄影获取高清立体影像数据，自动生成三维地理信息模型。

关键词：无人机;测量;倾斜摄影

一、无人机倾斜摄影测量技术

（一）概况

无人机倾斜摄影测量的发展与无人机的发展密不可分，在无人机性能愈发成熟的前提下，倾斜摄影测量也成为目前测绘行业的热门新技术之一。倾斜摄影测量的原理为：在同一飞行平台上搭载高清数码相机，同时从垂直、倾斜等不同角度拍摄高分辨率影像，选择像控点校正影像偏移及变形，使用专业无人机数据处理软件生成高分辨率正射影像及实景三维模型。生成的成果可以直观地反映地形变化，准确地辅助内业连线绘图。

（二）技术特点

传统测量方法依靠人力采集碎部点，在复杂地形区域，如無法攀登的悬崖、山坎，只能依靠全站仪的免棱镜功能，但距离较远的情况下，免棱镜功能采集的碎部点质量不高，坎和坡的走向常常不明确，导致内业成图难度上升。[1]而利用无人机可以在复杂地形作业，实用性强，生成的三维模型可以清晰地分辨地形，正射影像可以提供准确的坐标;无人机作业效率高，外业占总工作量的比例低，在很大程度上方便了复杂、困难地区的测量工作。

二、无人机倾斜摄影测量总体流程

倾斜摄影技术主要是从多方位全面地获取地物信息，通过实时测量使工作人员熟悉和掌握地物的完整信息。获取倾斜摄影数据是通过不同种类的飞行器和相机完成不同空间的信息采集，同时，根据比例尺和分辨率的要求，进行相应的影像采集。

（一）无人机选择

在进行倾斜摄影前，需要选择符合摄影要求的无人机。照片的数量和影像的质量是决定倾斜摄影三维模型的2个因素，其中，照片的数量体现了对同一区域的覆盖度;影像的质量主要指目标物影像的分辨率和清晰度。为了获得高质量的建模效果，倾斜摄影的分辨率需要达到一定数值，一般地区摄影影像是选择5～6 cm的像素分辨率，建筑区的则需要达到2～3 cm的像素分辨率，同时，照片的平均覆盖度要达到重叠30°以上。

（二）倾斜摄影相机

固定式五镜头相机是市场上比较常见的倾斜摄影相机，是无人机倾斜摄影中不可缺少的仪器。在多次实际应用中发现，照片数量和相邻航线飞行的间隔时间对建模效果存在一定的影响，为了获得更理想的建模效果，可采用双镜头摆动式倾斜摄影系统，同时该系统还具有成本低、质量轻、操作简便等优点，因此，双相机、三相位摆动结构的倾斜摄影系统具有较高的性价比，适用于多旋翼无人机倾斜摄影[2]。

三、建筑物竣工测量数据处理

（一）竣工验收资料处理

建筑物的转折角通常是45度角或直角形式的拐角，实际测量计算得到的建筑物拐角坐标值和理论值之间存在一定的差异，但相关规范要求建筑物拐角的测量值应该与理论值保持一致。通常情况下，建筑物拐角主要包括阴角和阳角两种形式。外业测绘过程中，假设棱镜中心是O，拐角如果是阳角，则在实际测量过程中，可以通过角度偏心进行观测，以T-E之间方向值、T-O之间距离值作为观测值。如果拐角值是阴角，测绘过程中，通过角度偏心观测，测量值便是F位置的观测数据，如果距离偏心测绘速度不满足测量要求，可以直接选择O点观测值，但该种情况下采集到的观测数值会和预期数值之间存在一定误差，此时，需要为该点编码添加特定字母，表明该点存在误差，内业处理过程中便会结合编码预测点位观测权重，有效区分该碎部点属性，是误差点还是正确点。针对采集后的数据实施准确计算，获得不同点坐标信息，结合建筑物实际形态，连接各个实测坐标点，以AUTOCAD平台为基础采用全站仪数据成图系统，进行科学编码实现自动化连线。明确建筑物方位，按照最长边原则实施自动定位。从建筑物的现有方位边入手，通过坐标解算得到建筑物临边夹角，采用数据库自动匹配碎部点观测权重，结合提前设定角度阈值计算拐角理论值。如果方位边两种端点之间存在明显误差点，则需要判断和其相邻的下一部分端点性质。假如该点属于正确点，则可以通过两种正确点对中间误差进行准确计算。返回起始边闭合差如果不超限，按照距离分配误差。该种情况下，拐角坐标通常与理论值之间存在一定误差，但拐点已经是十分接近最或然值。把建筑物各边变成理论值方位边，通过相交的临近方位明确建筑物拐点。绘制相应的竣工测量平面图，并将建筑和红线、建筑和地物、各个竣工建筑之间的距离标识出来，针对单栋的竣工建筑需要将其细部尺寸详细绘制出来。

（二）及时更新数字地图

实时更新数字地图，为后期补测奠定基础。因为大部分建设单位通常都是建筑物竣工刚刚结束后，便要求实施竣工测量，导致建筑区域中的高程和附属设施测量存在较大难度。针对这种状况，需要在竣工测量过程中，保留部分固定位置上的高程点，如固定平台上或墙体上的特征点，方便工程结束后实施补测。测绘附属设施相关平面位置时，将建筑物角点作为控制点用以合理控制。保证建筑角点精确性，后期为了方便应用，需要在数字地形图中进行明确标识，通过专门的颜色或图层进行标注。[3]现有地形图中设置有大量高精度的建筑物角点，后期测绘过程中，可以结合精度条件，准确测量建筑物角点，通过最小二乘原理，实施计算更正后，便可以获得预期成果，提升工作效率，减小精度要求较低的测绘工作对于高等级控制点的依赖。

四、结语

利用多镜头倾斜摄影测量的一系列技术辅助城市小区竣工测量，是一种降低成本、改善工作环境、高效率、高精度的作业方式。通过将无人机航空倾斜摄影测量技术、GPS虚拟基站技术、五镜头联合空三技术、实景三维建模技术、“传统立体模型测图”联合“三维实景模型测图”技术、室内三维实景竣工要素拾取技术等多技术结合，有效实现了将外业工作搬到室内来实现的愿景。这一方式的运用，使得外业测绘不再因为雨天耽误工期，不再因为恶劣的工作环境伤害员工身体，是环保节能、高效、高精度的技术融合路线。传统竣工测量与多镜头倾斜摄影测量技术的完美融合。

参考文献：

[1]谭仁春，李鹏鹏，文琳，潘澄.基于无人机倾斜摄影的城市三维建模方法优化[A]

[2]李颀.基于倾斜摄影技术在农村房屋权籍调查测量中的应用[J].测绘与空间地理信息，2016，39（06）：182-183+186.

[3]李卉.无人机倾斜摄影测量应用于建筑物三维建模研究[D].辽宁工程技术大学，2015.