李威

北京帝測(cè)科技股份有限公司 北京 102200

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的不斷加快，測(cè)繪行業(yè)也迎來(lái)了巨大的發(fā)展機(jī)遇。在城市建設(shè)中，測(cè)繪技術(shù)作為一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，對(duì)保障工程建設(shè)順利實(shí)施、保證工程質(zhì)量有著重要意義。因此，測(cè)繪工作要緊跟時(shí)代發(fā)展趨勢(shì)，不斷創(chuàng)新與發(fā)展[1]。

1 數(shù)據(jù)獲取

傳統(tǒng)的三維模型生產(chǎn)需要利用專業(yè)的攝影設(shè)備，而傾斜攝影測(cè)量技術(shù)不需要專業(yè)設(shè)備，僅需要一臺(tái)相機(jī)即可完成數(shù)據(jù)采集。在數(shù)據(jù)采集的過(guò)程中，無(wú)人機(jī)搭載的相機(jī)會(huì)按照預(yù)設(shè)好的角度進(jìn)行拍攝，無(wú)需人工干預(yù)。在拍攝完成后，無(wú)人機(jī)會(huì)將影像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中進(jìn)行后期處理，得到最終的三維模型。因此，在傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于城市竣工測(cè)量中時(shí)，不需要專業(yè)設(shè)備，只需一臺(tái)相機(jī)就可以完成數(shù)據(jù)采集[2]。相對(duì)于傳統(tǒng)的三維模型生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)可以極大地減少外業(yè)工作量、提高工作效率。

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)生產(chǎn)三維模型需要通過(guò)外業(yè)數(shù)據(jù)采集來(lái)實(shí)現(xiàn)，而外業(yè)數(shù)據(jù)采集則主要分為地面控制點(diǎn)數(shù)據(jù)和無(wú)人機(jī)影像數(shù)據(jù)采集兩個(gè)方面。地面控制點(diǎn)數(shù)據(jù)獲取是指將相機(jī)架設(shè)在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)，利用控制點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)確定目標(biāo)區(qū)域中的建筑物等地物的平面位置、高程位置等[3]。當(dāng)相機(jī)架設(shè)在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)時(shí)，就可以進(jìn)行傾斜攝影測(cè)量。地面控制點(diǎn)數(shù)據(jù)獲取的精度將直接影響到最終模型生產(chǎn)的精度。根據(jù)相關(guān)研究表明，地面控制點(diǎn)數(shù)據(jù)獲取的精度與無(wú)人機(jī)影像數(shù)據(jù)采集的精度存在一定差異。因此，在使用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行三維模型生產(chǎn)時(shí)，必須對(duì)兩種數(shù)據(jù)采集方式進(jìn)行對(duì)比分析。

在進(jìn)行地面控制點(diǎn)數(shù)據(jù)采集時(shí)，一般是利用全站儀或者RTK等設(shè)備來(lái)完成，但是由于這些設(shè)備都需要人工干預(yù)來(lái)完成測(cè)量工作，因此需要耗費(fèi)大量時(shí)間和人力物力。而利用無(wú)人機(jī)影像采集技術(shù)進(jìn)行三維模型生產(chǎn)時(shí)則不需要人工干預(yù)，只需一臺(tái)無(wú)人機(jī)就可以完成測(cè)量工作。因此在城市竣工測(cè)量中使用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)可以大大減少外業(yè)工作量、提高工作效率。

1.1 模型生產(chǎn)

傳統(tǒng)的航測(cè)技術(shù)在模型生產(chǎn)時(shí)，一般是采用人工貼圖的方式制作模型。在人工貼圖時(shí)，需要根據(jù)人工經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)，選擇合適的貼圖方案和貼圖位置，因此工作量較大[4]。在傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用下，通過(guò)采集多個(gè)相機(jī)的數(shù)據(jù)，再通過(guò)軟件對(duì)多張影像進(jìn)行拼接處理，最后就可以得到準(zhǔn)確的模型?；谠摷夹g(shù)生產(chǎn)模型時(shí)，只需要對(duì)模型進(jìn)行拼接即可，大大降低了建模難度和工作量。

1.2 數(shù)據(jù)采集

在城市竣工測(cè)量中，需要利用無(wú)人機(jī)搭載高分辨率相機(jī)來(lái)獲取影像數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。具體流程如下：（1）準(zhǔn)備工作。首先，準(zhǔn)備好無(wú)人機(jī)和相機(jī)，并檢查飛行設(shè)備的安全性能和電池性能；其次，將無(wú)人機(jī)掛載在旋翼無(wú)人機(jī)上，并安裝相機(jī)，然后將相機(jī)固定到旋翼無(wú)人機(jī)上，再連接電源；最后，將旋翼無(wú)人機(jī)掛載在固定翼無(wú)人機(jī)上。首先，打開計(jì)算機(jī)控制軟件，設(shè)置好參數(shù)，并對(duì)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定；然后，連接相機(jī)電源和計(jì)算機(jī)控制軟件；最后，啟動(dòng)攝影測(cè)量系統(tǒng)。（2）數(shù)據(jù)采集。首先對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行檢查和調(diào)試，確保無(wú)人機(jī)可以正常工作；然后對(duì)地面進(jìn)行準(zhǔn)備工作。在地面準(zhǔn)備工作完成后，利用計(jì)算機(jī)控制軟件對(duì)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定。在此過(guò)程中需要注意的是：標(biāo)定過(guò)程中要保證相機(jī)位置的準(zhǔn)確性；數(shù)據(jù)采集過(guò)程中要確保數(shù)據(jù)采集的完整性和準(zhǔn)確性。

2 傳統(tǒng)測(cè)繪方式和傾斜攝影測(cè)量方式的優(yōu)缺點(diǎn)

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是一種新型的三維建模技術(shù)，主要是采用航空傾斜攝影的方式，獲取被測(cè)物體的傾斜影像，利用其數(shù)據(jù)處理軟件獲取地物三維模型，并通過(guò)將地物和建筑模型進(jìn)行疊加分析，從而完成對(duì)地物的信息采集。與傳統(tǒng)測(cè)量方式相比，傾斜攝影測(cè)量具有以下優(yōu)點(diǎn)。

2.1 數(shù)據(jù)獲取的時(shí)效性高

傳統(tǒng)的測(cè)繪方式，主要是通過(guò)人力或者是儀器設(shè)備的方式進(jìn)行測(cè)量，雖然能夠較好地完成對(duì)建筑物的測(cè)量工作，但是其存在著較大的誤差，特別是在城市發(fā)展迅速的今天，很多建筑物都處于不斷變化中，因此很難對(duì)這些建筑物進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，往往需要多次測(cè)量才能得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。而在傾斜攝影測(cè)量方式中，通過(guò)傾斜攝影設(shè)備對(duì)建筑物進(jìn)行拍攝，能夠獲得地物的三維模型，這就有效地解決了傳統(tǒng)測(cè)量方式所存在的誤差問(wèn)題。同時(shí)通過(guò)傾斜攝影設(shè)備拍攝的地物模型具有較高的準(zhǔn)確性，不需要對(duì)建筑物進(jìn)行反復(fù)測(cè)量和修正，這樣就可以提高數(shù)據(jù)獲取的時(shí)效性。

2.2 操作簡(jiǎn)單，方便快捷

傳統(tǒng)測(cè)繪方式需要專業(yè)的測(cè)繪人員進(jìn)行測(cè)繪工作，而當(dāng)前社會(huì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)測(cè)繪人員的要求越來(lái)越高，不僅需要具備一定的專業(yè)知識(shí)，而且還需要具備較強(qiáng)的動(dòng)手能力和實(shí)踐能力。但是對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)繪方式來(lái)說(shuō)，這兩種能力都不能很好地滿足人們對(duì)測(cè)繪工作的需求。而傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在一定程度上解決了這一問(wèn)題，只需要在電腦上安裝相應(yīng)的軟件就可以完成對(duì)地形數(shù)據(jù)的獲取工作，而且操作起來(lái)非常簡(jiǎn)單。相比于傳統(tǒng)的測(cè)繪方式來(lái)說(shuō)，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)具有更好地可實(shí)踐性和可操作性，能夠讓我們?cè)诙虝r(shí)間內(nèi)掌握這一技術(shù)。而且對(duì)于一些大型建筑物而言，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)能夠滿足其對(duì)地理數(shù)據(jù)的精確采集要求。

2.3 外業(yè)工作量少，成本低

傳統(tǒng)測(cè)量方式需要外業(yè)人員到實(shí)地進(jìn)行測(cè)量，這種工作量較大的測(cè)量方式，不僅需要投入大量的人力、物力和財(cái)力，而且還會(huì)產(chǎn)生較大的成本。而無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)所采用的是遙感技術(shù)，通過(guò)遙感技術(shù)對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行測(cè)繪，在外業(yè)工作中只需少量人員就可以完成外業(yè)工作，并不需要投入大量人力。并且，傾斜攝影測(cè)量所獲取的數(shù)據(jù)也不需要進(jìn)行實(shí)地采集，因此不需要耗費(fèi)大量人力物力財(cái)力去進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

2.4 實(shí)景建模，直觀形象

傳統(tǒng)測(cè)繪方式主要是采用二維的影像數(shù)據(jù)，無(wú)法滿足三維信息的要求。而傾斜攝影測(cè)量方式，不僅可以將三維信息準(zhǔn)確地表現(xiàn)出來(lái)，還能讓被測(cè)物體的外觀變得更加直觀。而且，利用傾斜攝影測(cè)量方式能夠?qū)Φ匚镞M(jìn)行多角度的拍攝，并且能將所拍攝到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行充分地利用，并能通過(guò)建模對(duì)地物進(jìn)行直觀的展示，讓人更加容易理解地物的特點(diǎn)。但同時(shí)，傾斜攝影測(cè)量也存在一定的不足之處，如受天氣因素影響較大，且測(cè)量精度不高。所以在應(yīng)用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)天氣因素以及測(cè)量精度方面的控制，并及時(shí)采取措施進(jìn)行完善。

3 工程概況

某小區(qū)是一個(gè)老舊小區(qū)，內(nèi)部設(shè)施不完善，停車位不足，公共區(qū)域缺少綠化等。為改善該小區(qū)居民的生活環(huán)境，提高居住質(zhì)量，項(xiàng)目方?jīng)Q定在該小區(qū)建設(shè)一個(gè)地下車庫(kù)。由于該小區(qū)內(nèi)部地形較為復(fù)雜，建筑材料和施工工藝較為特殊，對(duì)地面竣工測(cè)量工作造成了很大的困難。同時(shí)，該小區(qū)內(nèi)部環(huán)境復(fù)雜，項(xiàng)目方選擇使用傳統(tǒng)測(cè)繪方式進(jìn)行竣工測(cè)量。但傳統(tǒng)測(cè)繪方式存在耗時(shí)長(zhǎng)、成本高等問(wèn)題。鑒于此，項(xiàng)目方?jīng)Q定使用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行竣工測(cè)量。無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)具有成本低、操作簡(jiǎn)單、效率高的特點(diǎn)，能有效解決傳統(tǒng)測(cè)繪方式存在的問(wèn)題。

3.1 技術(shù)方案

該項(xiàng)目的無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)方案中，航向和旁向重疊度均為75%，縱向重疊度為50%。通過(guò)搭載不同的飛行平臺(tái)，可以獲取不同角度的影像數(shù)據(jù)。在實(shí)際測(cè)量中，由于受到自然因素的影響，各個(gè)方向的影像數(shù)據(jù)都存在一定的差異，因此需要在控制點(diǎn)之間進(jìn)行接邊處理，然后再進(jìn)行三維建模。

通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)方案的應(yīng)用可以發(fā)現(xiàn)，其不僅可以獲取真實(shí)可靠的地物信息，還可以采集到較為真實(shí)的地形地貌信息。由于該項(xiàng)目存在大量建筑物，因此在進(jìn)行測(cè)繪工作時(shí)需要對(duì)建筑物的三維模型進(jìn)行制作。利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)所獲取到的影像數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)可以清晰地展現(xiàn)出建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息，包括墻體、柱子等。通過(guò)對(duì)建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分析和處理，可以得到相應(yīng)建筑物的三維模型和實(shí)景照片。其具體方案如下：

3.2 應(yīng)用效果分析

首先，使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，獲取項(xiàng)目建設(shè)的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括建筑物的高精度坐標(biāo)、地物的高精度坐標(biāo)和三維模型等。然后，利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)該小區(qū)的地物和建筑物進(jìn)行三維重建，將三維模型與真實(shí)模型進(jìn)行對(duì)比分析，并結(jié)合 DEM生成 DEM。最后，使用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)該小區(qū)的地物和建筑物進(jìn)行了平面和高程數(shù)據(jù)采集[5]。

通過(guò)將無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用到城市竣工測(cè)量中，項(xiàng)目方對(duì)該小區(qū)的地物和建筑物進(jìn)行了快速、準(zhǔn)確的測(cè)繪，減少了人工測(cè)繪的誤差；同時(shí)，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)能快速、準(zhǔn)確地獲取地物和建筑物的三維模型數(shù)據(jù)，對(duì)小區(qū)內(nèi)地形和地物進(jìn)行了全面細(xì)致地觀測(cè)；還能通過(guò)無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)獲取小區(qū)內(nèi)部空間信息。

4 具體作業(yè)流程

4.1 無(wú)人機(jī)航攝規(guī)劃

在航線規(guī)劃時(shí)，要嚴(yán)格按照航線規(guī)劃執(zhí)行。由于無(wú)人機(jī)具有飛行高度低、飛行范圍大、可從不同角度拍攝等特點(diǎn)，因此可利用傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行規(guī)劃。在航線規(guī)劃時(shí)，要從不同角度對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行拍攝，獲取高質(zhì)量的影像。由于無(wú)人機(jī)航攝系統(tǒng)具有飛行高度低、成本低等特點(diǎn)，因此可以快速獲取數(shù)據(jù)，大大降低了航攝時(shí)間與成本。

4.2 攝影前準(zhǔn)備

在進(jìn)行攝影前，首先要進(jìn)行航線規(guī)劃。在航線規(guī)劃時(shí)，要根據(jù)測(cè)區(qū)面積大小，合理安排航線數(shù)量、飛行高度、航向重疊度等參數(shù)。在航線規(guī)劃時(shí)，要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行規(guī)劃。在無(wú)人機(jī)飛行前，要進(jìn)行必要的準(zhǔn)備工作，包括航空測(cè)量設(shè)備的調(diào)試、無(wú)人機(jī)飛行參數(shù)設(shè)置、航飛計(jì)劃制定等。

4.3 航空攝影

在進(jìn)行航空攝影時(shí)，需要對(duì)影像進(jìn)行適當(dāng)處理。首先要對(duì)影像進(jìn)行預(yù)處理和空三加密處理；其次要對(duì)影像進(jìn)行空中三角測(cè)量，對(duì)航線中存在的重疊度誤差和角度誤差進(jìn)行糾正；最后要對(duì)影像的質(zhì)量和精度進(jìn)行檢查。

4.4 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

在完成航空攝影后，要及時(shí)將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到三維軟件中進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理包括影像預(yù)處理、空三加密、三維建模等步驟。其中影像預(yù)處理主要是利用空三加密的方法對(duì)航攝影像進(jìn)行質(zhì)量檢查?？杖用苤饕峭ㄟ^(guò)控制點(diǎn)和 GPS來(lái)完成的。對(duì)于較遠(yuǎn)距離的攝影，可以使用GPS RTK測(cè)量方法完成空三加密工作；對(duì)于近景攝影，可以使用無(wú)人機(jī)自動(dòng)采集方法完成空三加密工作；在三維建模時(shí)，要按照設(shè)計(jì)要求對(duì)模型進(jìn)行檢查和優(yōu)化。

4.5 成果輸出

在完成數(shù)據(jù)處理后，需要將其導(dǎo)出到專業(yè)軟件中。主要包括格式轉(zhuǎn)換、模型編輯以及影像輸出等步驟。其中在影像輸出中，需要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并導(dǎo)出到專業(yè)軟件中。

4.6 外業(yè)數(shù)據(jù)采集

外業(yè)數(shù)據(jù)采集主要包括實(shí)地勘測(cè)和航空攝影兩種方式。在實(shí)地勘測(cè)時(shí)，要選擇合適的測(cè)繪區(qū)域并做好相應(yīng)的保護(hù)措施；在航空攝影時(shí)，要根據(jù)航向重疊度和旁瓣重疊度選擇合適的拍攝角度和高度。

4.7 數(shù)據(jù)處理

在完成數(shù)據(jù)處理后，需要對(duì)處理結(jié)果進(jìn)行質(zhì)量檢查，并利用軟件對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯和優(yōu)化。首先要檢查處理結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)要求；然后要根據(jù)模型特點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化；最后要對(duì)處理結(jié)果進(jìn)行檢查和驗(yàn)證。

4.8 精度評(píng)定

在完成外業(yè)數(shù)據(jù)采集后，需要對(duì)成果質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定。首先要檢查航攝影像是否存在變形現(xiàn)象；然后要檢查點(diǎn)云數(shù)據(jù)是否存在誤差；最后還要通過(guò)外業(yè)檢驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證外業(yè)測(cè)量結(jié)果是否符合要求。

5 應(yīng)用效果分析

5.1 提高成果精度

傳統(tǒng)竣工測(cè)量主要是通過(guò)人工實(shí)地測(cè)量的方式獲取測(cè)繪成果，受到人為因素影響較大，結(jié)果不夠準(zhǔn)確，而通過(guò)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)獲取的成果具有真實(shí)、全面、直觀等優(yōu)點(diǎn)，能較好地滿足竣工測(cè)量精度要求。

5.2 提高工作效率

由于無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在城市竣工測(cè)量中應(yīng)用，簡(jiǎn)化傳統(tǒng)的竣工測(cè)量工作流程，不僅縮短了工作時(shí)間，而且降低人員成本和物資成本。

5.3 節(jié)約作業(yè)成本

利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)可以采集到豐富的地物信息，通過(guò)軟件處理，生成精度高、實(shí)用性強(qiáng)的專題圖、矢量數(shù)據(jù)等成果，同時(shí)還可以利用這些成果進(jìn)行三維建模及規(guī)劃設(shè)計(jì)，對(duì)建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)的合理性起到重要作用。

5.4 提高城市建設(shè)管理水平

通過(guò)無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，可以對(duì)城市的每一個(gè)角落進(jìn)行精細(xì)化測(cè)繪，不僅可以準(zhǔn)確獲取建筑物的位置、高度、大小等數(shù)據(jù)，還可以結(jié)合實(shí)景三維模型、矢量圖等，全面展示城市面貌。此外，還可以有效發(fā)現(xiàn)城市規(guī)劃過(guò)程中存在的問(wèn)題，及時(shí)反饋給相關(guān)部門進(jìn)行整改。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文通過(guò)對(duì)基于無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的城市竣工測(cè)量進(jìn)行研究，證明了該技術(shù)在城市竣工測(cè)量中具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值，為城市竣工測(cè)量提供了一種新的測(cè)量手段。