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        無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在規(guī)劃竣工測(cè)量中的應(yīng)用

        2018-05-04 07:25:37許新海
        城市勘測(cè) 2018年2期
        關(guān)鍵詞:航空攝影測(cè)區(qū)航線

        許新海

        (蚌埠市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,安徽 蚌埠 233000)

        1 引 言

        一直以來,地理信息數(shù)據(jù)的獲集多采用人工作業(yè),勞動(dòng)強(qiáng)度大,工序繁多、耗時(shí)耗力,近年來興起的無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)徹底顛覆了傳統(tǒng)作業(yè)模式,該技術(shù)通過無人機(jī)低空多鏡頭攝影獲取豐富的立體影像數(shù)據(jù),無須人工干預(yù),自動(dòng)生成三維地理信息模型,具有效率高、成本低、一次飛行信息豐富、數(shù)據(jù)精準(zhǔn)等特點(diǎn),已在國(guó)土監(jiān)察、城市執(zhí)法、應(yīng)急救災(zāi)、城市測(cè)繪等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。

        2 無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的基本原理及優(yōu)勢(shì)分析

        2.1 基本原理

        傾斜航空攝影是利用傾斜航空相機(jī)獲取地物信息的一種新型航空攝影方式。傾斜航空攝影區(qū)別于傳統(tǒng)的豎直航空攝影方式,傾斜相機(jī)通常采用五個(gè)方位進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,分為正攝、前視、后視、左視、右視,配合慣導(dǎo)系統(tǒng)獲取高精度的位置和姿態(tài)信息,通過特定的數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,將所有影像納入到統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)中,傾斜航空攝影如圖1所示。

        圖1 傾斜航攝示意圖

        2.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

        (1)真實(shí)性

        傾斜影像能讓用戶從多個(gè)角度觀察,更加真實(shí)再現(xiàn)地物的實(shí)際情況,無限逼近真實(shí)世界,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)正射影像的不足。

        (2)可量測(cè)性

        傾斜影像通過配套軟件的應(yīng)用,可以直接基于成果影像進(jìn)行高度、長(zhǎng)度、面積、角度的量測(cè),實(shí)時(shí)獲取數(shù)據(jù)。

        (3)豐富紋理

        與傳統(tǒng)垂直影像相比,傾斜影像有它自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì):它能提供豐富的建筑物立面信息。有了建筑物的立面信息,即獲取了建筑物表面紋理,對(duì)于三維建模等方面有著深遠(yuǎn)的影響。

        3 應(yīng)用案例

        3.1 工程概況

        某測(cè)區(qū)位于蚌埠市西片區(qū),測(cè)區(qū)由15棟高層商品房及配套商業(yè)構(gòu)成,三面臨城市道路,一面臨小區(qū)二期商業(yè)內(nèi)街,需要測(cè)繪的竣工面積約16萬m2。采用北方天途電動(dòng)八旋翼無人機(jī)和五鏡頭傾斜相機(jī)實(shí)施航攝,武漢天際航有限公司的DP-Smart軟件進(jìn)行空中三角測(cè)量及全自動(dòng)三維建模,竣工地形圖采集采用DP-Modeler軟件。

        3.2 航線布設(shè)及數(shù)據(jù)獲取

        根據(jù)實(shí)施竣工測(cè)量的區(qū)域確定飛行范圍,合理規(guī)劃飛行航線,確保航向重疊度保持在80%以上,旁向重疊度在60%以上。航線按照測(cè)區(qū)走向直線方法布設(shè),平行于測(cè)區(qū)邊界線的首末航線的側(cè)視鏡頭能夠獲得測(cè)區(qū)的有效影像??紤]到傾斜攝影相機(jī)拍攝角度,為保證邊緣物體立體成像,航線覆蓋超出測(cè)區(qū)邊界線至少 200 m。最終布設(shè)航線14條,航向重疊度、旁向重疊度均為80%,飛行高度 150 m,航向間距 25 m,旁向間距 38 m。航線設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

        圖2 航線設(shè)計(jì)圖

        本次航攝共獲取五鏡頭傾斜影像數(shù)據(jù)5組,每組464張照片,共計(jì)2320張照片以及每張照片對(duì)應(yīng)POS數(shù)據(jù)。

        3.3 空三加密自動(dòng)建模

        在DP-Smart中新建工程,添加5個(gè)鏡頭的影像數(shù)據(jù)以及對(duì)應(yīng)的POS數(shù)據(jù),經(jīng)過提取特征點(diǎn)、相對(duì)定向、匹配連接點(diǎn)、區(qū)域網(wǎng)平差,生成攝區(qū)的空中三角測(cè)量成果。根據(jù)空三成果,提取特征點(diǎn),生成密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)以及三角網(wǎng)構(gòu)建、紋理映射等,最終得到三維傾斜模型,如圖3所示。

        圖3 實(shí)景真三維模型

        3.4 矢量測(cè)圖

        采用DP Modeler新建解決方案,它可以基于傾斜數(shù)據(jù)直接對(duì)建筑物矢量、點(diǎn)狀地物進(jìn)行測(cè)量。采集過程中對(duì)于不同的地物給予不同的編碼,成果可以直接導(dǎo)出CASS成圖,流程如圖4所示。

        圖4 流程圖

        圖5 DP Modeler竣工圖采集

        3.5 成果精度分析

        依據(jù)《城市測(cè)量規(guī)范》 建筑竣工測(cè)量地形圖的測(cè)量精度要求:竣工測(cè)量的主要地物點(diǎn)相對(duì)于臨近圖根點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差不大于 50 mm,次要地物點(diǎn)相對(duì)于臨近圖根點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差不大于 70 mm,地物點(diǎn)間距中誤差不大于 50 mm。高程點(diǎn)相對(duì)于臨近圖根點(diǎn)的高程中誤差不大于 40 mm。

        (1)實(shí)測(cè)小區(qū)內(nèi)分布均勻的建筑物拐角坐標(biāo)點(diǎn)6點(diǎn),統(tǒng)計(jì)點(diǎn)位中誤差如表1所示。

        點(diǎn)位中誤差統(tǒng)計(jì)表 表1

        (2)選取小區(qū)內(nèi)建筑物邊長(zhǎng)5條,統(tǒng)計(jì)中誤差如表2所示。

        間距中誤差統(tǒng)計(jì)表 表2

        (3)選取小區(qū)內(nèi)高程點(diǎn)5點(diǎn),統(tǒng)計(jì)高程中誤差如表3所示。

        高程中誤差統(tǒng)計(jì)表 表3

        通過上表分析,點(diǎn)位中誤差、間距中誤差、高程中誤差均在誤差允許范圍內(nèi),可以得出DP Modeler矢量采集的地形圖以及建筑物高度完全滿足城市測(cè)量規(guī)范要求,可應(yīng)用于竣工測(cè)量。

        4 結(jié) 語

        無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量應(yīng)用于竣工測(cè)繪產(chǎn)生了很好的效益,在蚌埠市得到了積極推廣。目前,規(guī)劃部門已經(jīng)確定實(shí)景真三維模型作為竣工測(cè)量必須提交資料,對(duì)于竣工測(cè)繪中發(fā)現(xiàn)的違章建筑,通過實(shí)景真三維模型標(biāo)識(shí)移交城市管理執(zhí)法部門,可以更方便快捷執(zhí)法。另外,傾斜攝影測(cè)量成果集合三維平臺(tái)可以得到更多的應(yīng)用,比如結(jié)合規(guī)劃成果,可以對(duì)城市規(guī)劃進(jìn)行輔助決策,結(jié)合管線探測(cè)成果,實(shí)現(xiàn)地下管線管理等很多方面。

        通過實(shí)際應(yīng)用,我們也發(fā)現(xiàn)目前存在的一些問題:

        (1)天氣因數(shù)制約的問題:由于攝影測(cè)量對(duì)于光線要求以及考慮到無人機(jī)飛行穩(wěn)定性及安全性,適合飛行時(shí)間很受限制。

        (2) 影像遮擋問題:對(duì)于城市新建的高層建筑以及高密度綠化小區(qū),影像時(shí)有遮擋,雖然采取的是五鏡頭多視角觀測(cè)和大重疊飛行觀測(cè)方式,可解決一些地物被遮擋的問題,但是很多重要地物點(diǎn)無法采集,必須結(jié)合全站儀數(shù)據(jù),共同編輯成圖。

        (3)對(duì)作業(yè)員要求較高:對(duì)于內(nèi)業(yè)作業(yè)人員,需要有一定的經(jīng)驗(yàn),如不同熟練程度的作業(yè)人員對(duì)于同一地物繪制可能有1個(gè)~2個(gè)像素的誤差,矢量采集的準(zhǔn)確性難以保證。

        可以預(yù)見,隨著傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展,軟件的進(jìn)步,成本和維修費(fèi)用降低,傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在測(cè)繪地理信息領(lǐng)域應(yīng)用必將更加深入廣泛。

        [1] 劉碩. 基于POS系統(tǒng)的航空攝影測(cè)量試驗(yàn)研究[D]. 昆明:昆明理工大學(xué),2010.

        [2] 王之卓. 攝影測(cè)量原理[M]. 武漢:武漢大學(xué)出版社,2007.

        [3] 尹杰,楊魁. 基于無人機(jī)低空遙感系統(tǒng)的快速處理技術(shù)研究[J]. 測(cè)繪通報(bào),2011(12):15~17.

        [4] 姜麗麗,張姝娟,王鴻陽等. 傾斜航空攝影數(shù)據(jù)空中三角測(cè)量的精度分析[J]. 測(cè)繪與空間地理信息,2015(5).

        [5] 曾文波,曾惠良. 無人機(jī)在邵陽市房產(chǎn)測(cè)繪中的應(yīng)用[J]. 測(cè)繪,2014(1):34~36.

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