陈昕

(福州市勘测院，福建 福州 350108)

无人机倾斜摄影测量在建筑规划竣工测绘中的应用

陈昕*

(福州市勘测院，福建 福州 350108)

倾斜摄影测量技术作为一个新兴的测绘技术方法，在三维建模、智慧城市建设等方面已经有较为广泛的应用，但在工程测量领域应用较少。本文针对福州市建筑规划竣工测绘的要求，提出了利用无人机倾斜摄影测量进行规划竣工测绘的方法，并通过实际生产验证其有效性和适用性。

无人机；倾斜摄影测量；建筑规划竣工测绘；地形图

1 引 言

随着社会发展和城市规划管理水平的不断提高，传统的基于二维的数据已逐步难以满足高水平城市规划管理的需求。近年来，三维规划方案审批、三维地下管线审批等技术的应用，已为规划审批、管理和决策带来了革命性的变化。

倾斜摄影测量技术[1]具有多种特点：①立体成果真实，对于地面周围的反映符合人类感知[2]；②为建模提供真实、丰富的纹理信息；③可实现高精度测量。同时，无人机作为一种新型的低空遥感对地观测手段，具有易于操控、获取影像周期短、作业机动性强等特性[3]。基于上述特点，利用无人机倾斜摄影测量技术，获取1∶500竣工地形图和竣工三维模型，不但可以有效避免传统作业方式的强度大、效率低、周期长和重复测量等弊端，提升生产效率，还能为规划验收提供更为丰富、直观的数据信息，辅助行政审批部门管理决策。

2 工艺流程

2.1 仪器及软件

采用上海航遥公司的HY-6X电动六旋翼无人机和ARC524五镜头低空倾斜航空照相机实施航摄；采用美国Bentley公司的Smart3D Capture软件进行空中三角测量及全自动三维建模；采用武汉天际航公司的DP Modeler软件进行数字线划图采集和模型精细化处理。

2.2 作业流程

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。

图1 作业流程

3 生产试验

3.1 项目概况

本次试验选择福州市阳光城领海三期地块项目作为生产试验对象，该项目位于福州市闽侯县滨江西大道以北，民俗园路以东，由4栋SOHO及底层商业构成，总占地面积 40 680.78 m2，总建筑面积 114 124.14 m2。

图2 测区范围航拍图

3.2 项目实施

(1)航摄数据获取

本次倾斜摄影采用五镜头组合而成的航摄仪，单镜头焦距为 24 mm，航向重叠度要求为85%，旁向重叠度要求为80%，影像地面分辨率要求优于 3.5 cm。通过无人机地面站软件计算，共需布设4个飞行架次，27条航线，绝对航高为 189 m，基线长度 12 m，航线间距为 24 m，航线长度总计为 20.8 km。本次航摄共获取五镜头倾斜影像数据5组，每组 1 886张及对应POS数据。航线设计如图3所示。

图3 航线设计图

(2)空三加密和自动建模

将倾斜影像与外业像控点导入Smart3D软件平台，进行空三加密，包括密集匹配、联合平差等过程，在此基础上依次经过生成点云、构建不规则三角网、创建DSM及全自动纹理映射[4]，最后生成测区全自动实景三维模型。

(3)数字线划图采集

内业数字线划图采集使用DP Modeler软件的矢量测图模块，该软件可利用倾斜摄影技术获取的影像数据进行高精度的大比例尺地形数据的矢量采集工作。无需佩戴立体眼镜，根据影像及自动空三生成的三维模型直接定位地物要素的三维信息。为了实现内业进行屋檐改正，减少外业调绘的工作量，软件提供了垂直辅助线和十字辅助线，分别为地物点垂直和水平方向的移动提供参考，同时确保数据采集的准确性，如图4所示。软件内置了南方CASS的地类地物属性模块，采集同时赋予要素属性，矢量成果可导出.dxf，.cas，.dat等多种格式。

图4 数字线划图采集界面

(4)数据成果

全自动建模生成的点云、DSM、实景三维模型和采集后编辑完成的 1∶500竣工地形图等数据成果如图5所示。内业人员依据上述成果资料，编制建设工程规划竣工测绘报告。

图5 部分项目成果

3.3 精度评定

(1)测量精度要求

依据《城市测量规范》(CJJ/T 8-2011)中建筑规划竣工测绘相关标准，测量精度要求如表1、表2所示。

地物点点位精度要求 表1

竣工验收要素测量的精度要求 表2

(2)成果精度检测

本次试验采用全野外数字化实测成果与倾斜摄影测量测图成果比对的方法，进行精度评定，精度检测统计结果如表3、表4、表5、表6所示。

地物点平面误差分布状况统计表 表3

高程误差分布状况统计表 表4

建筑高度误差统计表 表5

建筑间距误差统计表 表6

以上精度检测结果说明，利用倾斜摄影测量技术测制的地形图，精度符合相关规范标准，可应用于规划竣工测绘。

3.4 误差分析及优化措施

(1)像片原始分辨率不足产生的误差

本次试验区域采集的原始影像地面分辨率为 3.5 cm，由于规划竣工测绘对地形图地物点精度的要求较高，3.5 cm地面分辨率仍略显不足。通过优化航飞参数(降低航高、换长焦镜头等)[5]，可以提高获取影像的地面分辨率，从而进一步提高相关数据成果精度。

(2)空三加密对精度的影响

Smart3D自动空三加密过程中，存在部分误匹配粗差点及飞点数据，影响空三成果的精度。可通过人工干预方式将空三成果精度优化到最佳[6]，提高规划竣工地形图成果的精度。

(3)人工采集时产生的误差

人工采集产生的误差是误差中一个比较重要的来源，以本项目为例，影像图上1个像素的误差，实地距离就是 3.5 cm，人工采集时，2个像素的差距，实地差距就可达到 7 cm；另一方面，当某一地物不在同一高程面时，会因为视差造成矢量采集的不准确，此时需要作业员根据不同角度的影像图进行局部调整。因此，提高作业员作业经验和操作熟练度，可提升矢量采集成果的精度。

3.5 生产效率对比

本项目采用传统全野外数字化测量方式和倾斜摄影测量方式完成本项目测图部分工作的生产效率情况如表7所示。

生产效率比对表 表7

由此可见，采用无人机倾斜摄影技术测制竣工地形图，可有效节省作业时间，对于导线布设较为困难的作业区，效果尤为明显。同时，由于外业时间较短，可减小测绘工作受天气因素制约的影响。此外，三维建模的成果的多角度可视性，可最大限度地还原现场的真实场景，质检人员无需再到现场核对图纸，可提高该环节的生产效率。

4 结 语

将无人机倾斜摄影测量技术应用于建筑规划竣工测绘，获取记录三维数字信息的规划竣工测量成果，将是未来测绘服务城市规划管理的发展趋势。国家测绘地理信息局于2014年12月18日发布的《城市建设工程竣工测量成果规范》(CH/T 6001-2014)中已包含了三维模型成果的相关要求和内容。

试验证明，通过无人机倾斜摄影测量技术完成大比例尺竣工地形图测绘，可基本满足规划竣工测绘的精度要求，能有效提升规划竣工测绘的生产效率，丰富规划竣工测绘成果。但仍有一定局限性，主要表现在以下几方面：①在进行超高层建筑竣工测绘时，由于飞行器的安全飞行高度需较高，可能会造成地面分辨率不足，从而影响成图精度；②一些拍摄死角或关联点不足的地方，全自动建模时，容易产生模型扭曲变形；匹配截面过小的地物，如路灯、电杆，容易产生模型缺失，需采用其他方式加以补充处理[7]；③购买设备和软件的一次性投入和维护费用较高。此外，本次试验的对象为高层建筑，对于该技术是否能广泛应用于诸如大型综合体、别墅等各类建筑的规划竣工测绘，今后还应进行进一步论证。

[1] 张祖勋，张剑清. 数字摄影测量学[M]. 武汉：武汉测绘科技大学出版社，1997.

[2] 李德仁，刘立坤，邵振峰等. 集成倾斜航空摄影测量和地面移动测量技术的城市环境监测[J]. 武汉大学学报·信息科学版，2015，40(4)：427-435.

[3] 金伟，葛宏立，杜华强等. 无人机遥感发展与应用概况[J]. 遥感信息，2009(1)：88-92.

[4] 闫利，程君. 倾斜影像三维重建自动纹理映射技术[J]. 遥感信息，2015(2)：31-35.

[5] 胡晓曦，李永树，李何超等. 无人机低空数码航测与高分辨率卫星遥感测图精度试验分析[J]. 测绘工程，2010，9(4)：8-70.

[6] 姜丽丽，张姝娟，王鸿阳等. 倾斜航空摄影数据空中三角测量的精度分析[J]. 测绘与空间地理信息，2015(5).

[7] 杨国东，王民水. 倾斜摄影测量应用技术及展望[J]. 测绘与空间地理信息，2016(1)：13-15.

Application of Unmanned Aerial Vehicle Oblique Photography in Construction Planning Completion Surveying

Chen Xin

(Fuzhou Investigation and Mapping Institute，Fuzhou 350108，China)

As an emerging technology of surveying and mapping，oblique photogrammetry has wide applications for three-dimensional modeling，smart city and so on，however，it has seldom applied to engineering surveying. This paper proposes a new method of planning completion surveying utilizing unmanned aerial vehicle (UAV) oblique photography. In addition，the availability and applicability of this method are verify by the practical case of construction planning completion surveying in Fuzhou.

unmanned aerial vehicle (UAV)；oblique photography；construction planning completion surveying；topographic map

1672-8262(2017)01-82-05

P231

B

2016—06—24 作者简介：陈昕(1986—)，男，工程师，主要从事工程测量与遥感相关技术应用研究。