陳昕

(福州市勘測(cè)院，福建 福州 350108)

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在建筑規(guī)劃竣工測(cè)繪中的應(yīng)用

陳昕*

(福州市勘測(cè)院，福建 福州 350108)

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)作為一個(gè)新興的測(cè)繪技術(shù)方法，在三維建模、智慧城市建設(shè)等方面已經(jīng)有較為廣泛的應(yīng)用，但在工程測(cè)量領(lǐng)域應(yīng)用較少。本文針對(duì)福州市建筑規(guī)劃竣工測(cè)繪的要求，提出了利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量進(jìn)行規(guī)劃竣工測(cè)繪的方法，并通過實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證其有效性和適用性。

無(wú)人機(jī)；傾斜攝影測(cè)量；建筑規(guī)劃竣工測(cè)繪；地形圖

1 引 言

隨著社會(huì)發(fā)展和城市規(guī)劃管理水平的不斷提高，傳統(tǒng)的基于二維的數(shù)據(jù)已逐步難以滿足高水平城市規(guī)劃管理的需求。近年來(lái)，三維規(guī)劃方案審批、三維地下管線審批等技術(shù)的應(yīng)用，已為規(guī)劃審批、管理和決策帶來(lái)了革命性的變化。

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)[1]具有多種特點(diǎn)：①立體成果真實(shí)，對(duì)于地面周圍的反映符合人類感知[2]；②為建模提供真實(shí)、豐富的紋理信息；③可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量。同時(shí)，無(wú)人機(jī)作為一種新型的低空遙感對(duì)地觀測(cè)手段，具有易于操控、獲取影像周期短、作業(yè)機(jī)動(dòng)性強(qiáng)等特性[3]?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，獲取1∶500竣工地形圖和竣工三維模型，不但可以有效避免傳統(tǒng)作業(yè)方式的強(qiáng)度大、效率低、周期長(zhǎng)和重復(fù)測(cè)量等弊端，提升生產(chǎn)效率，還能為規(guī)劃驗(yàn)收提供更為豐富、直觀的數(shù)據(jù)信息，輔助行政審批部門管理決策。

2 工藝流程

2.1 儀器及軟件

采用上海航遙公司的HY-6X電動(dòng)六旋翼無(wú)人機(jī)和ARC524五鏡頭低空傾斜航空照相機(jī)實(shí)施航攝；采用美國(guó)Bentley公司的Smart3D Capture軟件進(jìn)行空中三角測(cè)量及全自動(dòng)三維建模；采用武漢天際航公司的DP Modeler軟件進(jìn)行數(shù)字線劃圖采集和模型精細(xì)化處理。

2.2 作業(yè)流程

根據(jù)無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的技術(shù)特點(diǎn)，結(jié)合建筑規(guī)劃竣工測(cè)繪技術(shù)要求，制定作業(yè)流程，如圖1所示。

圖1 作業(yè)流程

3 生產(chǎn)試驗(yàn)

3.1 項(xiàng)目概況

本次試驗(yàn)選擇福州市陽(yáng)光城領(lǐng)海三期地塊項(xiàng)目作為生產(chǎn)試驗(yàn)對(duì)象，該項(xiàng)目位于福州市閩侯縣濱江西大道以北，民俗園路以東，由4棟SOHO及底層商業(yè)構(gòu)成，總占地面積 40 680.78 m2，總建筑面積 114 124.14 m2。

圖2 測(cè)區(qū)范圍航拍圖

3.2 項(xiàng)目實(shí)施

(1)航攝數(shù)據(jù)獲取

本次傾斜攝影采用五鏡頭組合而成的航攝儀，單鏡頭焦距為 24 mm，航向重疊度要求為85%，旁向重疊度要求為80%，影像地面分辨率要求優(yōu)于 3.5 cm。通過無(wú)人機(jī)地面站軟件計(jì)算，共需布設(shè)4個(gè)飛行架次，27條航線，絕對(duì)航高為 189 m，基線長(zhǎng)度 12 m，航線間距為 24 m，航線長(zhǎng)度總計(jì)為 20.8 km。本次航攝共獲取五鏡頭傾斜影像數(shù)據(jù)5組，每組 1 886張及對(duì)應(yīng)POS數(shù)據(jù)。航線設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 航線設(shè)計(jì)圖

(2)空三加密和自動(dòng)建模

將傾斜影像與外業(yè)像控點(diǎn)導(dǎo)入Smart3D軟件平臺(tái)，進(jìn)行空三加密，包括密集匹配、聯(lián)合平差等過程，在此基礎(chǔ)上依次經(jīng)過生成點(diǎn)云、構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)、創(chuàng)建DSM及全自動(dòng)紋理映射[4]，最后生成測(cè)區(qū)全自動(dòng)實(shí)景三維模型。

(3)數(shù)字線劃圖采集

內(nèi)業(yè)數(shù)字線劃圖采集使用DP Modeler軟件的矢量測(cè)圖模塊，該軟件可利用傾斜攝影技術(shù)獲取的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行高精度的大比例尺地形數(shù)據(jù)的矢量采集工作。無(wú)需佩戴立體眼鏡，根據(jù)影像及自動(dòng)空三生成的三維模型直接定位地物要素的三維信息。為了實(shí)現(xiàn)內(nèi)業(yè)進(jìn)行屋檐改正，減少外業(yè)調(diào)繪的工作量，軟件提供了垂直輔助線和十字輔助線，分別為地物點(diǎn)垂直和水平方向的移動(dòng)提供參考，同時(shí)確保數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，如圖4所示。軟件內(nèi)置了南方CASS的地類地物屬性模塊，采集同時(shí)賦予要素屬性，矢量成果可導(dǎo)出.dxf，.cas，.dat等多種格式。

圖4 數(shù)字線劃圖采集界面

(4)數(shù)據(jù)成果

全自動(dòng)建模生成的點(diǎn)云、DSM、實(shí)景三維模型和采集后編輯完成的 1∶500竣工地形圖等數(shù)據(jù)成果如圖5所示。內(nèi)業(yè)人員依據(jù)上述成果資料，編制建設(shè)工程規(guī)劃竣工測(cè)繪報(bào)告。

圖5 部分項(xiàng)目成果

3.3 精度評(píng)定

(1)測(cè)量精度要求

依據(jù)《城市測(cè)量規(guī)范》(CJJ/T 8-2011)中建筑規(guī)劃竣工測(cè)繪相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量精度要求如表1、表2所示。

地物點(diǎn)點(diǎn)位精度要求 表1

竣工驗(yàn)收要素測(cè)量的精度要求 表2

(2)成果精度檢測(cè)

本次試驗(yàn)采用全野外數(shù)字化實(shí)測(cè)成果與傾斜攝影測(cè)量測(cè)圖成果比對(duì)的方法，進(jìn)行精度評(píng)定，精度檢測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3、表4、表5、表6所示。

地物點(diǎn)平面誤差分布狀況統(tǒng)計(jì)表 表3

高程誤差分布狀況統(tǒng)計(jì)表 表4

建筑高度誤差統(tǒng)計(jì)表 表5

建筑間距誤差統(tǒng)計(jì)表 表6

以上精度檢測(cè)結(jié)果說(shuō)明，利用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)測(cè)制的地形圖，精度符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，可應(yīng)用于規(guī)劃竣工測(cè)繪。

3.4 誤差分析及優(yōu)化措施

(1)像片原始分辨率不足產(chǎn)生的誤差

本次試驗(yàn)區(qū)域采集的原始影像地面分辨率為 3.5 cm，由于規(guī)劃竣工測(cè)繪對(duì)地形圖地物點(diǎn)精度的要求較高，3.5 cm地面分辨率仍略顯不足。通過優(yōu)化航飛參數(shù)(降低航高、換長(zhǎng)焦鏡頭等)[5]，可以提高獲取影像的地面分辨率，從而進(jìn)一步提高相關(guān)數(shù)據(jù)成果精度。

(2)空三加密對(duì)精度的影響

Smart3D自動(dòng)空三加密過程中，存在部分誤匹配粗差點(diǎn)及飛點(diǎn)數(shù)據(jù)，影響空三成果的精度?？赏ㄟ^人工干預(yù)方式將空三成果精度優(yōu)化到最佳[6]，提高規(guī)劃竣工地形圖成果的精度。

(3)人工采集時(shí)產(chǎn)生的誤差

人工采集產(chǎn)生的誤差是誤差中一個(gè)比較重要的來(lái)源，以本項(xiàng)目為例，影像圖上1個(gè)像素的誤差，實(shí)地距離就是 3.5 cm，人工采集時(shí)，2個(gè)像素的差距，實(shí)地差距就可達(dá)到 7 cm；另一方面，當(dāng)某一地物不在同一高程面時(shí)，會(huì)因?yàn)橐暡钤斐墒噶坎杉牟粶?zhǔn)確，此時(shí)需要作業(yè)員根據(jù)不同角度的影像圖進(jìn)行局部調(diào)整。因此，提高作業(yè)員作業(yè)經(jīng)驗(yàn)和操作熟練度，可提升矢量采集成果的精度。

3.5 生產(chǎn)效率對(duì)比

本項(xiàng)目采用傳統(tǒng)全野外數(shù)字化測(cè)量方式和傾斜攝影測(cè)量方式完成本項(xiàng)目測(cè)圖部分工作的生產(chǎn)效率情況如表7所示。

生產(chǎn)效率比對(duì)表 表7

由此可見，采用無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)測(cè)制竣工地形圖，可有效節(jié)省作業(yè)時(shí)間，對(duì)于導(dǎo)線布設(shè)較為困難的作業(yè)區(qū)，效果尤為明顯。同時(shí)，由于外業(yè)時(shí)間較短，可減小測(cè)繪工作受天氣因素制約的影響。此外，三維建模的成果的多角度可視性，可最大限度地還原現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)場(chǎng)景，質(zhì)檢人員無(wú)需再到現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)圖紙，可提高該環(huán)節(jié)的生產(chǎn)效率。

4 結(jié) 語(yǔ)

將無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于建筑規(guī)劃竣工測(cè)繪，獲取記錄三維數(shù)字信息的規(guī)劃竣工測(cè)量成果，將是未來(lái)測(cè)繪服務(wù)城市規(guī)劃管理的發(fā)展趨勢(shì)。國(guó)家測(cè)繪地理信息局于2014年12月18日發(fā)布的《城市建設(shè)工程竣工測(cè)量成果規(guī)范》(CH/T 6001-2014)中已包含了三維模型成果的相關(guān)要求和內(nèi)容。

試驗(yàn)證明，通過無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)完成大比例尺竣工地形圖測(cè)繪，可基本滿足規(guī)劃竣工測(cè)繪的精度要求，能有效提升規(guī)劃竣工測(cè)繪的生產(chǎn)效率，豐富規(guī)劃竣工測(cè)繪成果。但仍有一定局限性，主要表現(xiàn)在以下幾方面：①在進(jìn)行超高層建筑竣工測(cè)繪時(shí)，由于飛行器的安全飛行高度需較高，可能會(huì)造成地面分辨率不足，從而影響成圖精度；②一些拍攝死角或關(guān)聯(lián)點(diǎn)不足的地方，全自動(dòng)建模時(shí)，容易產(chǎn)生模型扭曲變形；匹配截面過小的地物，如路燈、電桿，容易產(chǎn)生模型缺失，需采用其他方式加以補(bǔ)充處理[7]；③購(gòu)買設(shè)備和軟件的一次性投入和維護(hù)費(fèi)用較高。此外，本次試驗(yàn)的對(duì)象為高層建筑，對(duì)于該技術(shù)是否能廣泛應(yīng)用于諸如大型綜合體、別墅等各類建筑的規(guī)劃竣工測(cè)繪，今后還應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步論證。

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

Chen Xin

(Fuzhou Investigation and Mapping Institute，F(xiàn)uzhou 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 作者簡(jiǎn)介：陳昕(1986—)，男，工程師，主要從事工程測(cè)量與遙感相關(guān)技術(shù)應(yīng)用研究。