无人机倾斜摄影测量在建筑规划竣工测绘中的应用
杨家成
摘 要 为了推动建筑行业的绿色化、高效化和低能耗发展，需做好建筑规划竣工测绘工作，引进现代化测绘技术，获取真实准确的建筑数据、影像等信息，确保建筑设计、施工与城市规划方案一致。无人机倾斜摄影测量是一种基于无人机遥感的现代化测量技术，能够实现高精度测量，获取立体影像。
关键词 无人机 倾斜摄影测量 建筑规划竣工 测绘
中图分类号：P23 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2020）03-0015-02
当下，无人机航测技术发展日渐兴盛，让测绘地理信息行业如虎添翼。大力推广无人机航测技术是当前促进测绘地理信息事业转型升级、提升测绘地理信息服务保障能力的迫切需求，也是推进应急测绘保障能力和建设“数字城市”、“智慧城市”的重要保障。目前，无人机航测技术已经在我国的多个测绘领域得到广泛应用，为我国的基础建设工作提供了精确可靠的数据支持。
1 无人机倾斜摄影测量技术概述
无人机航测系统以当前在全球范围内逐渐兴起的灵活、机动性强、体积小的无人机作为飞行平台，该系统主要由无人机、数字遥感设备、测姿测速设备、飞控系统以及地面控制系统、地面站控制软件、航线规划软件和数据处理软件等组成。其主要工作原理就是通过在无人机上装载数码相机进行低空航拍，从而对地面的地理信息数据进行采集，再经专业软件处理得到多种数字化测绘产品。目前，无人机航测技术的发展已经相当成熟，其与GPS技术相结合可以实现自动导航功能。近两年，无人机倾斜摄影测量技术逐渐盛行，其利用多镜头倾斜相机搭载在无人飞行平台上，能够快速获取地面倾斜影像数据建立地面实景三维模型，从而真正将外业实景与计算机技术相融合，利用最新的裸眼三维测图技术进行内业测量，可生产出满足精度要求的5D数字化产品[1]。
无人机遥感技术是一种使用无线电遥控设备和已加载的程序控制器来获取测量和制图信息的技术。基于系统框架，无人机遥感技术系统主要由无人机飞行平台、飞行控制系统、摄影传感器、数据通信系统、汽车运输设备和地面控制系统组成。可以根据测绘需求选择合适的技术。固定翼无人机和EOS5DMark摄像头传感器在正常情况下用于设施[2]。无人机具有高度的灵活性，较高的飞行要求，较高的可控性和高度的自动化程度。根据测绘要求，对飞行路线进行设计和远程控制，设备可以随时起飞和降落，在较深的地形上进行测绘，工作效率很高，每周监控面积已达2100平方公里。由于无人机包含彩色数码相机等高精度数字成像设备，因此它可以接收清晰、全面的正数码相机图像，并且近距离航拍的精度可以达到亚米。所捕获的图像可以直接在系统中进行处理，然后传输到地面控制系统，从而大大节省了人工和时间成本，并且数据的准确性很高。应用无人机倾斜摄影测量技术，可使无人机从多个角度（例如垂直和倾斜）捕获遥感图像，而无需重复测量以获得完整和真实的地标信息，从而大大提高了工作效率。无人机倾斜摄影测量技术还可用于测量和绘制施工计划的完成情况。技术人员可借助于地面站软件APCommander，来发出飞控、导航指令，全面获取目标建筑的信息，所得影像与人类感知相符，信息丰富真实，而且会提供真实、丰富的纹理信息，确保所构建的竣工建筑三维模型更为逼真，同时，可借助所获取的信息，来绘制1：500竣工地形图，便于验收工作的开展。
2 无人机倾斜摄影测量技术过程分析
2.1 航拍准备
首先，应根据测绘要求建立光控点。通常，设置2条路线，为基线设置12个水平高度点，在每条路线上设置高度控制点，并设置5条基线。设置视频控制点后，请检查无人机及其所携带的设备是否正常工作，遥测信号是否正常，数据连接是否良好，路线规划是否适当以及一切是否正常。一切正常后，您可以启动无人机和遥控器。无人机会按照已建立的路线飞行，并在飞行中进行等距或等时摄影[3]。
2.2 内业数据处理
随着无人机遥感技术体系的成熟，市面上出现了很多的内业数据处理系统，技术相对成熟的有数字测量工作站Inpho、DPW、Jx-4CDPS、适普VirtuoZo，测绘工作人员可根据工作需求选择合适的处理系统。在制作DOM的过程中，应该采集相关航摄资料，进行空三加密，应用地面布设的控制或POS数据，获取外方位元素和DTM数据，应用OrthoVista模块、SeamEditor等，纠正单片，镶嵌拼接影像，进行匀光匀色处理，适当裁剪图幅范围，最终生成数字正射影像图[4]。
2.3 建筑规划图编辑
建筑规划竣工测绘工作完成后，需制作建筑规划图，确保图纸信息的真实性和准确性，从而保障工程建设的准确性。在工作过程中，应该及时掌握竣工信息，将生成的DOM数据导入建筑工程GIS影像库中，并在竣工建筑中添加Super-MapDeskPro，实现矢量化转换，将工程摄影测量信息及时录入影像库中，确保信息的时效性。
3 无人机倾斜摄影测量技术在测绘建筑规划中的应用分析
3.1 特殊情况
以城市建筑为例，将其分为4座商业高低建筑。该建筑占地面积41，305.2平方米，总建筑面积112，840.35平方米。无人机倾斜摄影测量技术用于完成建筑设计以及具体工作的测量和制图，其过程如下：（1）采集航空照片数据。在此勘测和地图绘制中使用了具有五个镜头的航空摄像机。镜头的焦距设置为24mm，航迹的重叠和侧面重叠分别达到85%和80%，受影響的地面分辨率为3.5cm。根据测绘要求，为每个飞行位置设计了4道27条航线，绝对飞行高度为189m，基线长度为12m，距离设置为24m，总路线长度为20.8km。（2）具有自动建模功能的三空中加密。将通过航空摄影获得的倾斜图像和野外图像控制点导入Smart3D软件平台，确定加密点的高度及其水平位置，实现三次空中加密，然后生成点云，创建不规则三角网并确定实际特征创建三维模型，实现自动纹理映射，并为真实场景自动生成三维建筑模型。（3）收集数字艺术线条。测量师和制图人员可以使用DPModeler软件中的矢量映射模块来捕获办公室中的数字线图，创建高精度，大规模地形数据的矢量集合，并使用捕获的图像和全自动生成的3D模型定位地面物体，并在下面提供其三维信息使用软件的垂直引导和交叉引导功能为特征点的移动方向提供参考，确保数据收集的准确性并减少野外制图工作量。（4）结果数据。完成无人机倾斜摄影测量后，可用的结果数据包括建筑物外表面的点数据采集（点云）、实际特征的3D模型和实际3D模型。同时，应根据数据结果处理数据的副本[5]。
3.2 错误分析与优化
尽管该技术是相对先进的并且具有高度的自动化，但是不可避免的是它会受到外部因素的干扰并导致需要改进控制的错误。在测绘工作中，主要的误差类型为：（1）照片原始分辨率的误差。在对建筑设计和完工进行测绘时，地形图特征点的测绘精度较高，但无人机倾斜摄影测量的地面分辨率较低，无法满足其需求。人员应优化无人机的导航参数，并采取降低海拔高度，更换远摄镜头等措施，以提高图像的地面分辨率，并满足相关的测绘要求;（2）空三加密的影响。使用Smart3D软件平台的空中三重加密可能导致不匹配飞行点数据和图像到空中三重的精度。为了确保数据的准确性，可以采取手动干预措施以确保建筑物的完整地形图的准确性是适当的;（3）手动捕获错误。尽管无人机倾斜摄影测量法是自动操作，但它还包括容易出错的手动操作模块。例如，当功能以不同的高度显示时，手动采集很难确保数据矢量收集的准确性。需要工作经验。丰富而熟练的员工根据不同角度调整图像，以确保数据收集的准确性。
4 结论
综上所述，针对传统调查测绘工作中存在的问题，依托无人机的优势特点，无人机测绘可对传统方法进行补充完善，为外业调查统计提供精确的地理信息数据。首先根据调查测绘工作需求进行无人机测绘任务规划，主要从无人机倾斜摄影测绘和调查航拍两个方面设计。无人机倾斜摄影可采集到建筑物侧面纹理、拍摄高分辨率影像，对航拍成果进行实景三维建模。通过高精度三维模型，可精确测量出建筑物的建筑面积，同时可利用倾斜摄影空三加密成果进行数字线化图采集作业。利用灵活的无人机能够拍摄到目标建筑的所有信息，构建出三维立体模型，让工程验收人员准确观察到建筑建设情况，审核其是否满足城市规划设计方案，从而给出合理的审批意见，大大提升工作效率与质量。
参考文献：
[1] 刘杨洋，吴鹏飞，刘金涛，韩小乐，杨亚钤.基于无人机倾斜摄影测量的山丘区表面高程数据评价[J].水力发电，2020，46（05）：22-26.
[2] 陈隆，田新光，刘红华，高鹏.无人机倾斜摄影测量在铁路地理空间数据采集中的应用[J].勘察科学技术，2020（01）：50-55.
[3] 刘敏，张启超，赵彬，李智慧.基于低空无人机倾斜摄影测量在农村房屋不动产登记权籍调查中的应用[J].测绘与空间地理信息， 2020，43（01）：181-183.
[4] 劉培状，杨秉澍.基于无人机倾斜摄影测量和BIM技术的三维实景模型在水利工程设计中的应用研究[J].地下水，2019，41（06）：206-207.
[5] 万剑华，刘汝涛，刘善伟，冯建伟，王朝，张驰.基于消费级无人机的地质露头三维建模技术研究[J].地理信息世界，2019，26（05）： 96-100.
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