低空無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在城區(qū)綜合竣工測(cè)量中的應(yīng)用

　　摘要: 為做好建設(shè)項(xiàng)目規(guī)劃驗(yàn)收，獲取準(zhǔn)確的綜合竣工測(cè)量成果，基于青島市某城區(qū)實(shí)際綜合竣工項(xiàng)目，設(shè)計(jì)了低空無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)方案，利用低空無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量成果，采用實(shí)景三維模型立體量測(cè)技術(shù)，利用 EPS 軟件獲取綜合竣工要素。通過對(duì)項(xiàng)目中客觀數(shù)據(jù)的分析，驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)方案較常規(guī)的測(cè)量方案大大提高了工作效率，具有可行性。

　　關(guān)鍵詞: 綜合竣工; 低空無人機(jī); 立體量測(cè)

　　無人機(jī)測(cè)繪儀器體積較小，攜帶輕便，測(cè)量過程方便快捷，可實(shí)現(xiàn)測(cè)區(qū)的多次重點(diǎn)測(cè)量監(jiān)測(cè)，較以往傳統(tǒng)測(cè)繪更經(jīng)濟(jì)、更安全[1 - 2]。無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)可獲取高分辨率影像，構(gòu)建實(shí)景三維模型，結(jié)合三維立體量測(cè)技術(shù)[3]，可將測(cè)繪成果數(shù)據(jù)從二維空間升至三維空間，全方位、立體化地采集綜合竣工要素。該測(cè)量和數(shù)據(jù)處理方法有助于提高工作效率，降低測(cè)量工作勞動(dòng)強(qiáng)度[4]。

　　1 無人機(jī)傾斜攝影

　　該過程是按照設(shè)計(jì)方案將具有高清鏡頭的相機(jī)安裝在無人機(jī)上進(jìn)行測(cè)量。對(duì)航攝儀鏡頭方向進(jìn)行設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)角度的高清照片拍攝，照片影像可以提取測(cè)區(qū)的 POS 數(shù)據(jù)。在獲得地面控制點(diǎn)的高精度點(diǎn)位坐標(biāo)后，可通過軟件獲得測(cè)區(qū)的實(shí)景三維模型。根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目需求，提取測(cè)區(qū)測(cè)點(diǎn)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)、DOM等成果。低空無人機(jī)進(jìn)行攝影測(cè)量時(shí)，外業(yè)測(cè)量的無人機(jī)飛行高度應(yīng)比飛機(jī)等飛行器的攝影測(cè)量高度要低，以提高像片的重疊度。創(chuàng)建模型時(shí)，除了必要觀測(cè)之外，還需要較多的觀測(cè)數(shù)據(jù)。應(yīng)通過高精度的地面控制測(cè)量獲得地面控制點(diǎn)坐標(biāo)，結(jié)合控制點(diǎn)坐標(biāo)重新建立三個(gè)維度的模型，再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可獲得精度較高的測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

　　1. 1 像控點(diǎn)的布設(shè)

　　在無人機(jī)傾斜攝影實(shí)施過程中，像片控制點(diǎn)的布設(shè)極為重要。采用區(qū)域網(wǎng)布設(shè)方法，在測(cè)區(qū)內(nèi)設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的控制點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際地形及像片數(shù)據(jù)，粗略設(shè)定像片控制點(diǎn)的位置。具體選取時(shí)要在平坦整齊且測(cè)量標(biāo)志較明顯的地面上。常見的有道路斑馬線上的拐角頂點(diǎn)、行車道箭頭直角交點(diǎn)、籃球場(chǎng)地的垂直相交的點(diǎn)等。如果測(cè)量區(qū)域沒有較明顯的特征點(diǎn)，需在攝影測(cè)量之前在地面人為設(shè)置較穩(wěn)定的像片控制點(diǎn)標(biāo)志。

　　1. 2 低空無人機(jī)航空攝影測(cè)區(qū)位于某城區(qū)姜山鎮(zhèn)，地勢(shì)平坦。外業(yè)航空攝影通過四旋翼飛行平臺(tái)，搭載超清航拍相機(jī)，鏡頭方向垂直地面拍攝一組影像，得到地物頂面紋理; 鏡頭方與垂直方向成 45°夾角拍攝，分別獲取地物前后左右 4個(gè)方向的側(cè)面紋理，獲取 5 個(gè)角度的高分辨率影像數(shù)據(jù)。無人機(jī)飛行控制在離地面 105 m 的垂直距離，航行方向的重疊設(shè)置為 80% ，垂直于航行方向設(shè)置為75% 的重疊。整個(gè)項(xiàng)目方案需設(shè)置 28 條航線，采集影像1 384張。航飛前布設(shè) 5 個(gè)外業(yè)像控點(diǎn)及 4 個(gè)檢查點(diǎn)，用于空中三角測(cè)量的解算及其精度驗(yàn)證。

　　2 實(shí)景三維模型的建立

　　將無人機(jī)傾斜攝影獲取的多角度影像數(shù)據(jù)，利用Smart3D 自動(dòng)建模技術(shù)完成實(shí)景三維模型的創(chuàng)建。

　　2. 1 創(chuàng)建過程創(chuàng)建項(xiàng)目。

　　進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，通過布爾莎七參數(shù)模型將原始 POS 數(shù)據(jù)由 WGS84 大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為青島市 2000 國(guó)家大地坐標(biāo)系，將高程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到 1985國(guó)家高程系統(tǒng)。加載無人機(jī)影像數(shù)據(jù)，導(dǎo)入處理后的POS 數(shù)據(jù)及高精度的控制點(diǎn)數(shù)據(jù)，建立 Smart3D 工程。傾斜攝影空中三角測(cè)量。提交第一次空中三角測(cè)量，進(jìn)行自由網(wǎng)空中三角測(cè)量; 根據(jù)高精度的像控點(diǎn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行刺點(diǎn)工作，完成區(qū)域網(wǎng)空中三角測(cè)量，獲取精確的外方位元素，獲取加密點(diǎn)三維坐標(biāo)。實(shí)景三維模型生成。該過程是將上一步驟獲得的成果按塊分成多個(gè)模型，獲取高密度的點(diǎn)位數(shù)據(jù)，創(chuàng)建三個(gè)維度的模型，結(jié)合由 5 個(gè)角度采集的紋理上的數(shù)據(jù)生成三個(gè)維度的實(shí)景模型。

　　2. 2 1∶ 500 綜合竣工圖測(cè)繪本地三維傾斜模型的加載。

　　該過程采用 EPS 數(shù)據(jù)處理軟件，利用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能將生成的三個(gè)維度的實(shí)景模型轉(zhuǎn)換成數(shù)字表面模型，分別加載本地傾斜模型( DSM 模型) 和本地超大影像數(shù)據(jù)( DOM 影像) ，實(shí)現(xiàn)三維模型和二維影像的聯(lián)動(dòng)�；�于本地傾斜模型的空間信息，直接進(jìn)行地形要素的空間量算及三維坐標(biāo)采集。從整體上采集道路信息、房屋信息，在局部上采集對(duì)應(yīng)的附屬實(shí)施信息，如管道線路、獨(dú)立點(diǎn)的高程等。該方案可對(duì)采集的房檐信息進(jìn)行糾正，使調(diào)繪工作更簡(jiǎn)單，提高成果輸出效率。外業(yè)補(bǔ)繪與調(diào)繪�；�于內(nèi)業(yè)處理的三維模型及相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行總體檢查，對(duì)相關(guān)區(qū)域進(jìn)行外業(yè)測(cè)繪，以實(shí)現(xiàn)核查和補(bǔ)充。

　　對(duì)內(nèi)業(yè)實(shí)景三維模型無法測(cè)量、辨認(rèn)的地物，通過現(xiàn)場(chǎng)外業(yè)調(diào)繪進(jìn)行實(shí)地確認(rèn)，包括以下幾種情況: 利用軟件內(nèi)業(yè)進(jìn)行地物、地貌的基本信息判讀，需對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行核實(shí)、確定性質(zhì)、錯(cuò)誤改正; 因三個(gè)維度的實(shí)景模型發(fā)生形狀變化或不夠清晰，導(dǎo)致地物、地貌信息無法準(zhǔn)確獲取; 軟件創(chuàng)建的模型中有些地物走向及彼此之間的連接方式無法正確辨別; 內(nèi)業(yè)處理無法實(shí)現(xiàn)實(shí)際地物注記信息判讀，如道路名稱、廠房名稱等; 外業(yè)調(diào)繪必須實(shí)測(cè)一定量的檢核點(diǎn)，用于精度評(píng)定。

　　3 精度分析

　　3. 1 空中三角測(cè)量精度經(jīng)過空三加密處理，自由網(wǎng)的精度為 0. 86pix。通過空中三角測(cè)量生成控制點(diǎn)和檢核點(diǎn)的精度報(bào)告可知，控制點(diǎn)水平中誤差為 0. 010 m，高 程 中 誤 差 為0. 001 m，點(diǎn)位中誤差為 0. 010 m。檢核點(diǎn)位在水平方向的誤差為 0. 039 m，垂直誤差為 0. 041 m，位置誤差為 0. 057 m。

　　3. 2 平面及高程精度分析平面精度。根據(jù)外業(yè)實(shí)測(cè)特征點(diǎn)的平面坐標(biāo)與實(shí)景三維模型上同名點(diǎn)的平面位置比較進(jìn)行平面精度檢查，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)項(xiàng)目中的 20 個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行分析，根據(jù)相關(guān)平差計(jì)算獲得的位置精度在平面上均不超過 0. 15 m，中誤差為 0. 087 m，符合綜合竣工技術(shù)要求。高程精度。該過程是通過同一測(cè)點(diǎn)在內(nèi)業(yè)三個(gè)維度的實(shí)景模型中的高程坐標(biāo)與其在外業(yè)實(shí)際測(cè)量獲得的高程坐標(biāo)比較計(jì)算，采用上述的 20 個(gè)測(cè)點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，中誤差為 0. 048 m，高程誤差的最大值為0. 06 m，符合綜合竣工測(cè)量的技術(shù)要求。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　將低空無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用于綜合竣工測(cè)量，結(jié)合青島某城區(qū)綜合竣工測(cè)量進(jìn)行了相關(guān)方案設(shè)計(jì)及實(shí)施。該方案可以建立三個(gè)維度的實(shí)景模型，通過高精度的像片控制點(diǎn)糾正，在內(nèi)業(yè)即可實(shí)現(xiàn)綜合竣工要素的繪制。對(duì)該項(xiàng)目中的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，驗(yàn)證了該方案設(shè)計(jì)符合綜合竣工技術(shù)要求，為該城區(qū)綜合竣工測(cè)量提供了一種新的解決方案。

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　　作者：王福麗1，韋 鋮2，3，紀(jì)海英1，李宇博2，3

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