吳國榮，李甫群，彭軍文，黃江雄

(長沙市規(guī)劃勘測設計研究院，湖南 長沙 410007)

1 引 言

隨著城市的發(fā)展，城市規(guī)劃在城市管理和建設中扮演著越來越重要的角色。規(guī)劃竣工驗收測量是規(guī)劃監(jiān)督測量的最后一個環(huán)節(jié)，是城市規(guī)劃行政主管部門進行建筑規(guī)劃竣工驗收的主要依據(jù)，具有權威性和法律意義[1]。

傾斜攝影測量技術是指通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從一個垂直、四個傾斜等5個不同的角度采集影像[2]，該技術通過低空多視鏡頭攝影獲取高清立體影像數(shù)據(jù)，自動生成三維地理信息模型[3]。本項目采用以傾斜攝影測量、實景三維建模技術為主，以傳統(tǒng)竣工測量為輔的路線。該作業(yè)方式能有效減少野外作業(yè)工作量，將能在室內三維實景上采集完成的要素在室內完成，最后在野外進行必要的補測、調繪，最終得到符合要求的竣工測量成果。該成果還能為規(guī)劃驗收提供更為豐富、直觀的數(shù)據(jù)信息，輔助行政審批部門管理決策[4，7，9]。

2 技術流程

2.1 儀器及軟件

野外作業(yè)采用無人機航空傾斜攝影測量方法完成。同時對于控制測量、主要建筑物技術指標采集、地下綜合管線測量、航攝漏洞等則采用全野外“全站儀+GPS RTK”數(shù)字測圖方法完成。內業(yè)處理將影像、相機參數(shù)、定位定姿信息、像控點成果作為基礎數(shù)據(jù)，利用Bentley Context Capture軟件在全數(shù)字攝影測量工作站上完成空中三角測量。數(shù)據(jù)質量檢查以及地理信息數(shù)據(jù)集庫更新采用清華山維EPS2008地理信息工作站。

2.2 作業(yè)流程

鑒于該項目測區(qū)面積大，建筑物數(shù)量多、結構復雜以及項目工期要求緊，我們大膽創(chuàng)新地使用“無人機航空傾斜攝影實景三維建模技術+傳統(tǒng)竣工測量技術”的方式進行數(shù)據(jù)采集和成果資料的整理，作業(yè)過程中利用到的關鍵技術及其作用如下：

(1)無人機傾斜航空攝影測量技術

利用無人機搭載五鏡頭的傾斜相機組，拍攝地面的傾斜航片，以此獲取航片資料，為攝影測量技術輔助竣工測量打下數(shù)據(jù)基礎。

(2)GPS虛擬基站技術

無人機航攝時，配有后差分PPK模塊，需要GPS虛擬基站數(shù)據(jù)才能實施POS數(shù)據(jù)的后差分改正。本項目GPS虛擬基站技術是在長沙市規(guī)劃勘測設計研究院“長株潭GNSS CORS系統(tǒng)”中，虛擬項目區(qū)域位置和航飛時刻的靜態(tài)基站數(shù)據(jù)，用以實現(xiàn)后差分姿態(tài)位置改正，以提高POS初始值的準確度。

(3)五鏡頭聯(lián)合空三技術

本項目通過無人機同時獲取了5個相機鏡頭的航片，通過五鏡頭聯(lián)合空三平差技術，使得每個鏡頭的照片數(shù)據(jù)可以統(tǒng)一到相同的位置上來，并且通過聯(lián)合平差，5個鏡頭的數(shù)據(jù)都具有相同的精度，保證了后續(xù)實景三維建設和傾斜三維測繪竣工圖要素的實施可靠性。

(4)實景三維建模技術

利用實景三維建模技術，建立每個區(qū)塊的實景三維，將野外的實景搬到室內來多角度顯示、測繪[8]。利用航攝成果匹配出實景地表的DSM，三維建模的同時獲取每個位置包括建筑等高出地面地物的側面真實紋理。通過該技術的實施，得到了實景三維場景，為竣工圖要素航內測繪創(chuàng)建基礎環(huán)境。

(5)“傳統(tǒng)立體模型測圖”聯(lián)合“三維實景模型測圖”技術

傳統(tǒng)立體模型測圖是利用下視鏡頭的航片空三建模，該方法局部區(qū)域會含有投影差，進入三維實景界面進行三維實景模型測圖，場景視角可以隨意旋轉，消除投影差，提高作業(yè)速度，確保成果精度。

本項目作業(yè)流程如圖1所示。

圖1 作業(yè)流程圖

3 試驗結果與分析

3.1 測區(qū)概況

本項目位于長沙市開福區(qū)青竹湖鎮(zhèn)，東為青竹湖路，南為開福大道，北臨高爾夫球場，測區(qū)面積42.01萬平方米，建有雙拼、聯(lián)排及獨棟形式的別墅共計271棟。

圖2 測區(qū)范圍航拍圖

3.2 項目實施

(1)航攝數(shù)據(jù)來源

本項目采用了無人機加載高精度PPK、GPS/IMU、五鏡頭傾斜攝影平臺，同時從垂直、前方、后方、左側、右側5個不同角度以大范圍、高精度、高分辨率的方式全方位感知復雜場景，采集多源POS、航片數(shù)據(jù)。本次傾斜攝影主要技術參數(shù)如表1所示。

傾斜攝影主要技術參數(shù) 表1

攝影航線圖如圖3所示。

圖3 攝影航線圖

(2)空三測量

基于CSCORS在測區(qū)構建的虛擬基站數(shù)據(jù)，對高精度PPK位置信息進行后差分處理，結合GPS/IMU定位定姿數(shù)據(jù)融合解算，獲取高精度的定位定姿信息[5，6]，將影像、相機(按國家有關主管部門要求進行檢驗)參數(shù)、定位定姿信息、像控點成果作為基礎數(shù)據(jù)，利用Bentley ContextCapture軟件在全數(shù)字攝影工作站上完成空中三角測量?？杖郎y量采用全數(shù)字加密方法，以像片上量測的像點坐標為依據(jù)，采用嚴密的數(shù)學模型，按最小二乘原理用少量地面控制點為平差條件，采用光束法為測圖求解可靠的定向點。空三加密控制點平差如圖4所示。

圖4空三加密控制點平差

(3)室內立體測圖

本項目基于未畸變下視影像、下視影像外方位元素、空三解算后相機參數(shù)等數(shù)據(jù)進行傳統(tǒng)立體測圖。采用航天遠景MapMaxtrix全數(shù)字攝影測量工作站進行內業(yè)數(shù)據(jù)采集，直接將加密像對導入工作站，然后在全數(shù)字采編一體化平臺EPS的立體測圖菜單下調用立體像對進行航測室內立體測圖，采集本項目竣工測量要素，如圖5所示。

圖5傳統(tǒng)立體測圖

(4)三維實景竣工測圖

這是一種全新的立體測圖方法，它是通過立體多視角全方位、高精度提取地物地貌及其屬性信息。這種方法內業(yè)繪圖人員無須佩戴立體眼鏡，降低了傳統(tǒng)竣工測量的勞動強度，減少了繁重的外業(yè)全數(shù)字測圖工作內容，極大地節(jié)約了資源、能源以及人力，真正做到了節(jié)能減排、創(chuàng)新環(huán)保。過程展示如圖6所示。

圖6三維實景竣工測圖

(5)數(shù)據(jù)成果

正射影像圖、實景三維模型采用航空傾斜攝影測量方法獲??；DLG竣工測量成果基于“實景三維模型+傳統(tǒng)立體測圖+傳統(tǒng)竣工測圖”三種聯(lián)合手段獲得。作業(yè)過程中還能獲取大量的中間成果，如：目標區(qū)域點云、三維模型、DEM、DOM等，這些成果能為其他勘測設計工作服務，可謂達到“一舉多得”“外事內做”“節(jié)能減排”的目標。部分成果如圖7所示。

圖7項目部分成果圖

3.3 結果分析

為了保證測量成果的精度和可靠性，本次試驗采用全數(shù)字野外采集與傾斜航空攝影測量成果比對的方法進行精度評定，結果表明，測量精度滿足《城市測量規(guī)范》(CJJ/T 8-2011)中建筑規(guī)劃竣工測繪相關標準。部分精度對比結果如表2所示。

精度統(tǒng)計表 表2

4 結 語

本項目利用多鏡頭傾斜攝影測量的一系列技術輔助城市小區(qū)竣工測量，是一種降低成本、改善工作環(huán)境、高效率、高精度的作業(yè)方式。通過將無人機航空傾斜攝影測量技術、GPS虛擬基站技術、五鏡頭聯(lián)合空三技術、實景三維建模技術、“傳統(tǒng)立體模型測圖”聯(lián)合“三維實景模型測圖”技術、室內三維實景竣工要素拾取技術等多技術結合，有效實現(xiàn)了將外業(yè)工作搬到室內來實現(xiàn)的愿景。這一方式的運用，使得外業(yè)測繪不再因為雨天耽誤工期，不再因為惡劣的工作環(huán)境傷害員工身體，是環(huán)保節(jié)能、高效、高精度的技術融合路線。傳統(tǒng)竣工測量與多鏡頭傾斜攝影測量技術的完美融合，是本項目的技術亮點。通過本項目技術路線的嘗試，我們可以將該技術延伸到其他外業(yè)測繪領域，比如：線路測量、現(xiàn)狀地形圖測繪、規(guī)劃監(jiān)督執(zhí)法測繪等。