基于无人机倾斜摄影和实景三维技术的建筑竣工测量研究

摘要：竣工测量是城市规划管理、智慧辅助决策的基础工作，随着智慧城市建设步伐的加快，通过传统全野外数字采集方法获取的二维竣工数据已难以满足新时代发展对基础数据三维化的新要求。以某住宅项目为例，提出一种采用无人机航空倾斜摄影测量技术和实景三维建模技术，结合传统竣工测量技术的方法进行城市小区竣工测量的新方法。精度分析结果表明，可以有效地提升测绘精度，得到良好的测绘成果。

关键词：无人机倾斜摄影测量空三测量实景三维建筑竣工测量

ResearchonBuildingFinalSurveyingBasedonUAVTiltPhotographyandRealScene3DTechnology

ZHANGShunlong

BeijingXinxingHuanyuInformationTechnologyCo.，Ltd.，Beijing，102300China

Abstract：Finalsurveyingisthebasicworkofurbanplanningmanagementandintelligentdecision-makingassistance.Withtheaccelerationofsmartcityconstruction，thetwo-dimensionalfinaldataobtainedbythetraditionalfielddigitalacquisitionmethodhasbeendifficulttomeetthenewrequirementsofthedevelopmentoftheneweraforthethree-dimensionalbasicdata.Takingaresidentialprojectasanexample，thispaperproposesanewmethodofurbancommunityfinalsurveyingbyusingUAVaerialtiltphotogrammetrytechnologyandreal3Dmodelingtechnology，combinedwiththetraditionalcompletionsurveytechnology.Theaccuracyanalysisresultsshowthatitcaneffectivelyimprovethesurveyingandmappingaccuracyandobtaingoodsurveyingandmappingresults.

KeyWords：UAVtiltphotogrammetry;Aerialtriangulation;Real3D;Buildingfinalsurveying

建筑工程规划竣工测量是指在城市建设工程批后规划监督测量中，对已经竣工完成的建筑进行的测量工作，来检验工程项目施工现状[1]。它是工程建设的真实记录，是落实城市规划、促进土地利用、动态进行城市规划批后管理的关键程序，是进行土地执法监察和城市规划监督的重要来源。

在实际测量工作中，城市建设工程批后规划监督测量是根据城市规划部门审批的总平面图、规划建筑红线图和用地红线图，准确测定建（构）筑物的形状、尺寸、平面位置、高度、间距、层数、与周边建筑及规划界线的关系等。竣工测量成果图在现状地形的基础上，叠加各项城市规划指标线，直观地分析建筑物与城市规划控制、土地使用状况及周边建筑的四至关系[2]。城市规划部门将竣工成果与规划审批图纸进行逐一核实，对不相符的问题如项目有移位、超面积建设、不按设计图纸施工等违规违法建设行为在实地核实不符后，进行相应的处罚等监督管理。

1项目测区概况

测区位于北京市大兴区，如图１所示，为已建成即将交付的住宅小区。范围内有高压线塔，高度约40ｍ，建筑物多为18层，最高点为房屋顶部造型部分，相对地面高差近70ｍ，房屋结构较为规整，外观较为统一。小区内有道路、绿化、车位、配电房等附属设施。

2技术流程

根据无人机倾斜摄影测量的技术特点，结合建筑规划竣工测绘技术要求，制定作业流程（如图1所示）。

2.1倾斜摄影

本项目倾斜摄影实施采用大疆M200Pro无人机飞行器，加载高精度PPK、GPS/IMU、五镜头倾斜摄影平台，同时从垂直、前方、后方、左侧、右侧5个不同角度以大范围、高精度、高分辨率的方式全方位感知复杂场景，采集多源POS、航片数据[3]。共飞行3架次，设计航高120m，影像地面分辨率约1.5cm，航向重叠度为80%，旁向重叠度为70%，共获取影像2049张，数据量总计18G。斜视影像样片如图2所示。

2.2像控点布设

无人机倾斜摄影测量采用的平面、高程基准与竣工测量测图基准一致，为了提高三维建模精度，将航高设计为允许最低值，有利于像控点的识别和高精度纹理获取。测区内较为平坦，因此，选择成像清晰的块状地物拐角点作为像控点，实验工程选取地面角点清晰处为像控点，地面角点不明显处和楼顶面采用油漆喷涂的方式绘制人工角点，测区内总计布设25个像控点，其中19个为控制点，6个为检查点。像控点选定后，利用GPS-RTK进行平面高程控制测量，观测时始终保持同步锁定6颗以上卫星，PDOP值小于6，流动站距离参考站平均距离800m，经精度评定，观测成果的平面、高程点位中误差分别为±3cm、±4.5cm，满足精度要求。

2.3空三测量

基于CSCORS在测区构建的虚拟基站数据，对高精度PPK位置信息进行后差分处理，结合GPS/IMU定位定姿数据融合解算，获取高精度的定位定姿信息，将影像、相机（按国家有关主管部门要求进行检验）参数、定位定姿信息、像控点成果作为基础数据，利用BentleyContextCapture软件在全数字摄影工作站上完成空中三角测量[4]。

空三解算重投影误差均方根（RMS）为0.69像素，像控点平面及高程残差均在1cm以内。集群实景三维建模节点数量10个，共耗时5h。实景三维数据量共计1.49G，实际效果如图3所示。

2.4竣工地形图生产

1∶500竣工地形图制作：在外业航飞完毕后，提取获取的多视影像数据，通过contextCapture软件平台生产测区实景三维模型，在EPS三维平台上调取实景三维模型数据用Data.dsm直接操作，采集地物轮廓范围依比例表示，不依比例表示的地物采集轮廓中心位置[5]；三维实景模型及多视影像上可以看清楚的地物、地貌元素应全部用相应符号表示，做到无错漏、不变形、不移位。因为三维模型中凸起地物边缘呈拉花、锯齿状，所以为确保采集精度，在垂直影像上采集此类地物角点及边界线；对建筑物角点、围墙拐角点等重要地物，采集时开启辅助线，利用斜视影像进行采集，不能直接在三维模型上采集[6]。通过此方法编辑制作竣工测量地形图，省去烦琐的外业调绘工作，为快速制作大比例尺地形图测绘提供一种新的解决方案，成果如图4所示。作业过程中还能获取大量的中间成果，如目标区域点云、三维模型、DEM、DOM等，这些成果能为其他勘测设计工作服务，可谓达到“一举多得”“外事内做”“节能减排”的目标。

3精度分析

为了验证无人机倾斜摄影测量获取的平面精度、高程精度和地物点间距精度，实验中对该测量区域105个平面地物点、52个高程点和36个地物点距离进行了验证，其中105个平面地物点中58点为主要地物点，47个为次要地物点;52个高程点中17个位于小区室外地坪，19个位于楼顶天面，16个位于女儿墙上;36个间距主要选取房角特征点、道路两边明显地物点和红线界址点之间距离。通过将无人机获取的平面、高程点与全站仪测图数据进行比对，地物间距和实地钢尺量距比对，按照中误差公式进行精度计算，部分差值结果如表1、表2所示。

根据《城市测量规范》（CJJ8—2011）建筑竣工测量地形图的测量精度要求可知，竣工测量的地物点相较于邻近平面控制点中误差不大于50mm，地物点相较于邻近地物点间距中误差不大于50mm，高程中误差不大于40mm。根据表1和表2数据计算，平面中误差为0.039m，高程中误差为0.017m，间距中误差为0.043m，因此，应用无人机倾斜摄影测量，其平面测量、高程测量和间距测量精度满足竣工测量要求。

4结语

无人机倾斜摄影测量能够显著地改善工作环境，降低测量成本，同时提高测量的效率和质量。将无人机倾斜摄影测量技术应用在建筑规划竣工地形图测绘方面，能够有效地提升测绘精度，获得良好的测绘成果。通过倾斜摄影测量技术在该项目测绘的地形图精度要求，该技术方法具有机动灵活、操作简单、软硬件成熟、成本低等优点，很容易得到推广。但是，该技术思路仍存在诸多缺陷，即无人机重量轻、风力较大时，不宜飞行，电动无人机续航时间短。对于植被密集区域，这种方法很难达到预期的精度要求等。然而，随着倾斜摄影测量技术的进一步研究，随着硬件设备的进一步更新换代，以及多种设备的相互配合作业下，无人机倾斜摄影测量技术会有更高的精度，更广泛的应用，对进一步推广无人机测量和提升建筑行业信息化水平具有现实意义。

参考文献

[1]牛晶晶.融合星载SAR与无人机倾斜摄影测量数据的矿区地表形变监测方法[D].长沙：中南大学，2023.

[2]孙灏.三维激光扫描在异形建筑竣工测量中的应用[J].现代测绘，2023，46（5）：45-47.

[3]余章蓉，王友昆，潘俊华，等.TrimbleX7三维激光扫描仪在建筑工程竣工测量中的应用[J].测绘通报，2021（4）：160-163.

[4]景晓飞.基于无人机倾斜摄影的农村建筑物目标提取与轮廓拟合[D].北京：中国矿业大学，2023.

[5]邹兵.测绘新技术在高层建筑工程竣工测量中的综合应用分析[J].北京测绘，2020，34（9）：1289-1292.

[6]荣幸.基于倾斜摄影的建筑工程竣工测量应用研究[J].经纬天地，2023（2）：56-59.