翁達(dá)權(quán)

摘要：利用無人機(jī)航空攝影測量已經(jīng)成為測繪工程中較為普遍的一種方式。通過合理運(yùn)用無人機(jī)遙感技術(shù)，可以顯著提高測繪的精度和效率，降低工作難度，縮短工作周期，在實(shí)踐應(yīng)用中獲得廣泛好評。以汕頭市萬達(dá)廣場為例，重點(diǎn)分析無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)的優(yōu)勢，結(jié)合使用傾斜攝影視角和垂直傾角進(jìn)行測繪采集，收集到的資料信號更為全面和精確。通過無人機(jī)傾斜測繪和像片控制測量的數(shù)據(jù)成果進(jìn)行聯(lián)合測繪，獲得了汕頭金平萬達(dá)廣場的測繪成果更加直觀、全面，更具有說服力。

關(guān)鍵詞：聯(lián)合測繪 ??工程測繪 ??測繪技術(shù)應(yīng)用 ??無人機(jī)航空攝影

Research on the Application of UAV Tilt Photogrammetry Technology in Joint Surveying and Mapping

—Taking the Wanda Plaza Projectin Jinping，Shantou as an Example

WENG Daquan

（Shantou Surveying and Mapping Institute of Natural Resources， Shantou，Guangdong Province， 515000 China）

Abstract： The use of drone aerial photogrammetry has become a more common method in surveying and mapping engineering. The rational use of drone remote sensing technology can significantly improve the accuracy and efficiency of surveying and mapping， reduce the difficulty of work and shorten the work cycle， and it has been widely praised in practical applications. Taking the Wanda Plaza in Shantou City as an example， this paper focuses on analyzing the advantages of UAV tilt photogrammetry technology， and combines the use of the tilt photographic perspective and the vertical tilting angle for surveying and mapping acquisition， and the collected data signals are more comprehensive and accurate. This paper conducts joint surveying and mapping through the data results of UAV tilt surveying and photo control survey， and the obtained surveying and mapping results of Wanda Plaza in Jinping， Shantou are more intuitive， comprehensive and convincing.

Key Words： Joint surveying and mapping; Engineering surveying and mapping; Application of surveying and mapping technology; Drone aerial photography

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，各類先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域在不斷的擴(kuò)大。各個(gè)行業(yè)的發(fā)展與科學(xué)結(jié)合更加緊密，而且各個(gè)行業(yè)在發(fā)展的過程中與科學(xué)技術(shù)的充分結(jié)合，不僅推動(dòng)了行業(yè)的發(fā)展進(jìn)步，也為其他行業(yè)的發(fā)展提供了新的方向，科學(xué)技術(shù)與測繪工程的結(jié)合成為時(shí)代發(fā)展的必然趨勢。無人機(jī)航拍技術(shù)在工程測量測繪工作中，可以獲取相對完整的圖像及被測目標(biāo)的實(shí)際信息，為工程測量測繪提供更穩(wěn)定、更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持。無人機(jī)航拍技術(shù)中融合了多項(xiàng)技術(shù)手段，能夠完成工程信息測量、采集、傳遞及相關(guān)的數(shù)據(jù)處理工作，能夠以圖文并茂的形式，將測繪結(jié)果呈現(xiàn)在測繪軟件中，具有極高的靈活性。該技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛，優(yōu)勢極高，在業(yè)內(nèi)贏得了一致好評，是當(dāng)前我國工程測量測繪行業(yè)的應(yīng)用重要技術(shù)之一^[1-2]。

1 無人機(jī)航拍技術(shù)及其應(yīng)用

1.1 無人機(jī)航拍技術(shù)

無人機(jī)航拍技術(shù)是指利用無人機(jī)的高空飛行能力和自身搭載的攝像設(shè)備，在航行過程中對被測目標(biāo)進(jìn)行實(shí)際情況的拍攝和測量，然后通過自身傳感器設(shè)備完成圖像拍攝和采集，并借助圖像處理技術(shù)對獲取的圖像信息進(jìn)行分析和處理，最終將結(jié)果傳遞至終端。目前，該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于多種測繪領(lǐng)域，能夠高效地處理高空圖像信息，實(shí)現(xiàn)實(shí)地測量。無人機(jī)航拍技術(shù)由無人機(jī)航拍系統(tǒng)和無人機(jī)航拍操作結(jié)構(gòu)兩部分組成。其中，無人機(jī)航拍系統(tǒng)包含無人機(jī)飛行器、導(dǎo)航飛控系統(tǒng)、動(dòng)力裝置、電氣系統(tǒng)和云臺等組件。在應(yīng)用時(shí)，無人飛行器作為主要載體，選擇全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System，GNSS）導(dǎo)航和MU定資模塊后，使用高分辨率的數(shù)字相機(jī)進(jìn)行高空拍攝。

1.2 傾斜攝影測量技術(shù)

傾斜攝影測量技術(shù)流程主要分為外業(yè)過程、內(nèi)業(yè)整理和繪制成果3個(gè)部分。如圖1所示，無人機(jī)傾斜測量技術(shù)的外業(yè)過程包括了無人機(jī)的飛行和拍攝、地面控制點(diǎn)布設(shè)和GPS數(shù)據(jù)采集。內(nèi)業(yè)整理則是將外業(yè)拍攝的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、傳感器精度校正、點(diǎn)云數(shù)據(jù)提取和三維模型構(gòu)建等處理。最后，繪制成果則是將三維模型導(dǎo)出，生成制圖、量算、分析和應(yīng)用。傾斜攝影測量技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，為工程測繪提供了更加高效、準(zhǔn)確和可靠的測繪方法。

2萬達(dá)廣場工程測繪中無人機(jī)測繪技術(shù)的應(yīng)用

為了滿足汕頭萬達(dá)廣場項(xiàng)目規(guī)劃竣工驗(yàn)收和不動(dòng)產(chǎn)登記的需求，為相關(guān)部門實(shí)施規(guī)劃竣工驗(yàn)收和不動(dòng)產(chǎn)登記以及人防驗(yàn)收提供可靠的地理信息數(shù)據(jù)支持，同時(shí)為委托方提供全方位展示項(xiàng)目建設(shè)成果、后期物業(yè)和室外空間安全管理、消防管控等服務(wù)。根據(jù)作業(yè)區(qū)域位置、規(guī)則及建筑物特征，無人機(jī)獲取地面影像數(shù)據(jù)，分辨率不低于0.015m，并生成傾斜的實(shí)景三維模型。結(jié)合傳統(tǒng)測量手段，采集建筑物特征點(diǎn)，繪制建筑物分層平面圖、宗地圖、竣工規(guī)劃測繪總平面圖等圖件，最終得到萬達(dá)廣場的精確測繪結(jié)果。采用技術(shù)路線“先控制后測圖、前后工序交疊進(jìn)行、測繪過程步步檢核、確保質(zhì)量的基礎(chǔ)上保證進(jìn)度”的聯(lián)合測繪方式，確保測繪工作的高質(zhì)量和進(jìn)度。

無人機(jī)遙感技術(shù)在萬達(dá)廣場項(xiàng)目測繪中的應(yīng)用，大大提高了工作效率，能夠快速監(jiān)測大面積待測區(qū)域。同時(shí)，無人機(jī)測繪技術(shù)的數(shù)據(jù)全面性和高分辨率也為精確地繪制實(shí)景三維模型和其他測繪圖件提供了有力的支持，這種聯(lián)合測繪的方法，不僅使測繪數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確和可靠，而且能夠提高工作效率，從而節(jié)約人力和成本，具有很高的實(shí)用價(jià)值和應(yīng)用前景^[3-4]。

2. 1劃定航線與測量范圍

在運(yùn)用無人機(jī)航拍技術(shù)進(jìn)行測繪時(shí)，首先需要確定目標(biāo)點(diǎn)位的測量范圍。接著根據(jù)目標(biāo)點(diǎn)位的實(shí)際情況，規(guī)劃無人機(jī)的飛行路線。在實(shí)際應(yīng)用中，無人機(jī)的飛行時(shí)間一般約為一個(gè)小時(shí)，但并不包括無人機(jī)的起降時(shí)間。為避免在航拍作業(yè)過程中發(fā)生能源耗盡導(dǎo)致墜機(jī)等事故，操作人員必須提前規(guī)劃好無人機(jī)的飛行路線和航拍時(shí)間，并做好充分的準(zhǔn)備工作。為了確保在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成高效、精準(zhǔn)的測量以及測繪工作，保證無人機(jī)航攝的完整性和全面性，還需要提前確定測量區(qū)域及逆行情況。確定了無人機(jī)航線并劃定了范圍后，才能使用無人機(jī)航測系統(tǒng)，在空中俯瞰觀測并拍攝被測量物體。在規(guī)劃航線和測量范圍時(shí)，應(yīng)充分考慮被測量區(qū)域的實(shí)際情況，將其劃分為等距離的長條形狀，以便更好地進(jìn)行測量。然后，查看長條區(qū)域?qū)?yīng)的四角標(biāo)志位置，并合理設(shè)置飛行時(shí)間、飛行速度和航拍距離，才能開展完整、全面的測量測繪工作。

本次測繪任務(wù)的區(qū)域位于汕頭市金平區(qū)潮汕路61號，東鄰潮州路，西鄰潮汕路，南鄰竹堤路，北鄰金鳳路，總面積約為64 016.00 m²，規(guī)劃許可總建筑面積為141 919.76 m²。該區(qū)域人口密集，交通流量大，屬于亞熱帶氣候，位于赤道低氣壓帶和副熱帶高壓帶之間，在東北信風(fēng)帶的南緣，氣候溫和，冬季偶有短時(shí)霜凍。周圍環(huán)繞著低層住宅樓，地形平坦，通視良好，交通便利，日照充足，風(fēng)力較小，非常適合使用無人機(jī)進(jìn)行航拍測繪。

在設(shè)計(jì)航線時(shí)，首先需要考慮測區(qū)建筑的高度和建筑之間的間距，確定航線的旁向重疊率。已有資料顯示，該區(qū)域主要是由多層建筑和平房組成，因此我們將旁向重疊率設(shè)計(jì)為65%，航向重疊率為75%。如果測區(qū)邊緣是建筑物，我們需要根據(jù)視高度情況外擴(kuò)1～2條航線。本次作業(yè)的飛行高度為150 m，個(gè)別困難地區(qū)可適當(dāng)增加航高，航高差為20 m。在地面站確認(rèn)飛行區(qū)域后，輸入飛行高度、旁向重疊率等參數(shù)，進(jìn)行航線規(guī)劃。預(yù)計(jì)需要5～6次航行，才能在1個(gè)有效工作日內(nèi)完成任務(wù)。同時(shí)，相鄰航線間的相鄰架次的下視重疊率不得低于70%。

因此，在無人機(jī)航拍測繪的過程中，需要仔細(xì)考慮航線的設(shè)計(jì)和規(guī)劃，以確保任務(wù)的高效和準(zhǔn)確完成。

2.2建立目標(biāo)區(qū)域控制網(wǎng)

在進(jìn)行無人機(jī)航拍前，必須先在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)建立區(qū)域控制網(wǎng)，以提高測量測繪的精度，完成精細(xì)化測繪作業(yè)，提高測量測繪的質(zhì)量和效率。在建立測量區(qū)域控制網(wǎng)時(shí)，工作人員應(yīng)結(jié)合該工程的實(shí)際情況和測量區(qū)域的地圖信息，建設(shè)與工程測量測繪規(guī)模相適應(yīng)的控制網(wǎng)絡(luò)。在控制網(wǎng)的范圍內(nèi)，應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的GPS坐標(biāo)點(diǎn)，并建立三維坐標(biāo)系。各GPS坐標(biāo)點(diǎn)的方位應(yīng)標(biāo)記在三維坐標(biāo)系中，為后續(xù)的測量、測繪和數(shù)據(jù)分析提供有力的支持。

汕頭市已經(jīng)建立了CORS網(wǎng)（共有5個(gè)基站），該網(wǎng)采用2000國家大地坐標(biāo)系作為坐標(biāo)系統(tǒng)，采用1985國家高程基準(zhǔn)作為高程基準(zhǔn)。CORS站南北分量的中誤差平均值為±0.3 mm，最大值為±0.3 mm；東西分量的中誤差平均值為±0.3 mm，最大值為±0.3 mm；垂直分量的中誤差平均值為±1.2 mm，最大值為±1.3 mm。CORS網(wǎng)作為本測區(qū)像片控制測量和無人機(jī)傾斜航空攝影的起算點(diǎn)，采用汕頭市5″導(dǎo)線點(diǎn)作為檢測控制點(diǎn)。在現(xiàn)場布控3個(gè)一級控制點(diǎn)，利用徠卡2″全站儀現(xiàn)場布設(shè)導(dǎo)線，結(jié)合無人機(jī)傾斜影像進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。控制測量和導(dǎo)線測量采用CORS實(shí)時(shí)定位技術(shù)，使用RTK進(jìn)行實(shí)時(shí)定位?？刂茰y量和導(dǎo)線測量的技術(shù)要求見下表1和表2。

2.3 開展外業(yè)航攝

在無人機(jī)起飛前，技術(shù)人員須重新組裝無人機(jī)機(jī)體，確保無人機(jī)的狀態(tài)穩(wěn)定。安裝無人機(jī)航攝彈射架，并將提前設(shè)定好的飛行信息錄入無人機(jī)飛行系統(tǒng)中。在巡航飛行過程中，操控手需時(shí)刻緊盯無人機(jī)的飛行狀態(tài)，而技術(shù)支持人員則需觀察地面站上顯示的數(shù)據(jù)，不斷向操控手匯報(bào)無人機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)，例如電壓、水平速度、高度和姿態(tài)等，并負(fù)責(zé)疏散圍觀人群、觀察實(shí)時(shí)交通狀況，以確保操控手的安全。在外業(yè)航攝作業(yè)過程中，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是無人機(jī)航拍技術(shù)的核心系統(tǒng)，可用于實(shí)現(xiàn)無人機(jī)飛行的操控和跟蹤定位，并執(zhí)行高效的信息傳輸。在無人機(jī)起飛后，操作人員可啟動(dòng)巡航模式，使無人機(jī)按照預(yù)設(shè)的航線進(jìn)行飛行。操控人員需密切觀察無人機(jī)的飛行狀態(tài)和周邊環(huán)境的變化，一旦發(fā)現(xiàn)無人機(jī)飛行異常，應(yīng)立即采取人工操作干預(yù)以便控制無人機(jī)的航攝過程。

1. 萬達(dá)廣場基于無人機(jī)傾斜影像和像片控制的三維實(shí)景模型生產(chǎn)

3.1 無人機(jī)傾斜影像處理

完成外業(yè)航攝后，無人機(jī)拍攝的影像和數(shù)據(jù)信息是進(jìn)一步分析和處理的基礎(chǔ)。在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理前，需要對外業(yè)采集的影像、位置信息和參數(shù)信息進(jìn)行檢查，以確保它們符合處理要求。這個(gè)過程通常包括3個(gè)主要的部分：首先是對測區(qū)傾斜影像的檢查，以確定影像質(zhì)量是否符合要求；其次是對與傾斜影像相關(guān)的POS等參數(shù)信息進(jìn)行處理，以確保它們準(zhǔn)確無誤地反映了無人機(jī)的位置和姿態(tài)；最后是對測區(qū)范圍內(nèi)的控制點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以便后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析。

此時(shí)，數(shù)據(jù)分析和處理的任務(wù)包括影像比例的校正以及數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）數(shù)據(jù)的匹配。在執(zhí)行無人機(jī)航拍任務(wù)期間，需要考慮影像畸變的影響，并進(jìn)行糾正，包括被測目標(biāo)主點(diǎn)坐標(biāo)和對稱畸變參數(shù)、CCD非正交性畸變系數(shù)、非對稱畸變參數(shù)等。同時(shí)，在DEM數(shù)據(jù)匹配處理中，需要建立被測目標(biāo)的地表DEM模型，進(jìn)行正射投影分析，并用于匹配DEM數(shù)據(jù)。通常使用pixel grid軟件進(jìn)行DEM數(shù)據(jù)匹配，利用該軟件的自動(dòng)數(shù)據(jù)采集和多模型匹配功能，有助于工作人員快速完成DEM點(diǎn)位的設(shè)置。通過無人機(jī)傾斜攝影獲取測繪信息，并對其進(jìn)行處理和分析，以得到準(zhǔn)確的測量結(jié)果。

3.2 像片控制測量

像片控制測量采用基于CORS站的網(wǎng)絡(luò)RTK測量方法，同時(shí)進(jìn)行平面和高程測量。在困難地區(qū)，也可采用全站儀進(jìn)行測量。檢核點(diǎn)的測量方法與像控點(diǎn)相同，對于建筑物頂部的檢核點(diǎn)，可以使用全站儀進(jìn)行測量。完成像片控制測量后，需要按照要求對像片控制點(diǎn)成果表、計(jì)算表、點(diǎn)之記進(jìn)行整理和核對，并由核對者簽字確認(rèn)后方可提交內(nèi)業(yè)處理。在汕樟路測區(qū)，像控點(diǎn)（包括檢查點(diǎn)）的點(diǎn)位信息需要按照“像控點(diǎn)點(diǎn)位信息表”的格式統(tǒng)一記錄。

在完成像片控制點(diǎn)聯(lián)測后，需要按照要求繪制測區(qū)像片控制點(diǎn)布點(diǎn)略圖，用于展示成果。在繪制略圖時(shí)，需要考慮布點(diǎn)的準(zhǔn)確性和可視性，確保圖像清晰、易于理解。這樣可以為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理工作提供有效的支持，確保數(shù)據(jù)質(zhì)量和精度達(dá)到要求^[5-6]。

3.3 三維實(shí)景模型生產(chǎn)

為確保實(shí)景三維數(shù)據(jù)的質(zhì)量和精度，在數(shù)據(jù)處理過程中，需要遵循各項(xiàng)處理規(guī)范。首先，需要將采集到的POS信息和傾斜影像制作成影像參數(shù)文件，將相機(jī)信息制作成相機(jī)參數(shù)文件，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。其次，在街景工廠中建立工作流程，匹配空三連接點(diǎn)并進(jìn)行校正。由于計(jì)算連接點(diǎn)誤差較大，需要進(jìn)行人工干預(yù)，并修正至標(biāo)準(zhǔn)值，以提高數(shù)據(jù)的精度和準(zhǔn)確性。最后，進(jìn)行建模生產(chǎn)，生成高質(zhì)量的實(shí)景三維數(shù)據(jù)。具體實(shí)施步驟包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、三維建模、紋理映射、質(zhì)檢等環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都需要遵循相應(yīng)的處理規(guī)范，以確保數(shù)據(jù)的質(zhì)量和精度達(dá)到要求。

三維建模是街景工廠利用分布式計(jì)算模式進(jìn)行任務(wù)處理的過程，能夠高效地處理大量的數(shù)據(jù)。在實(shí)景三維建模過程中，需要考慮到大氣反射、水面反射、鏡面反射以及拍攝分辨率等因素的影響，這些因素可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)的缺失、顏色失真、結(jié)構(gòu)丟失、破損等問題。為了得到符合要求的數(shù)據(jù)，需要在3Dmax等軟件中進(jìn)行二次處理，以修復(fù)缺陷和提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。

萬達(dá)廣場實(shí)景三維模型如圖2所示，該模型展示了建筑物的立體結(jié)構(gòu)、立面外觀和細(xì)節(jié)特征等信息，具有較高的精度和真實(shí)性。這種建模技術(shù)可以應(yīng)用于城市規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)、電影制作、游戲開發(fā)等領(lǐng)域，為各種應(yīng)用提供了重要的數(shù)據(jù)支持。

4 結(jié)語

在汕頭金平萬達(dá)廣場工程測繪中，無人機(jī)測繪技術(shù)手段的使用解決了傳統(tǒng)測量模式下對建筑物造型奇特、誤差大、耗時(shí)長的問題，精確測定了建筑物不規(guī)則的外立面曲線，并解決了普通儀器對建筑物陽角及陰角在視覺下出現(xiàn)疊影難以識別照準(zhǔn)的問題。此外，無人機(jī)測繪還輔助驗(yàn)證聯(lián)合測繪成果數(shù)據(jù)，豐富了聯(lián)合測繪成果，并為后期成果延展運(yùn)用提供了有力支撐。通過無人機(jī)測繪技術(shù)手段的應(yīng)用，汕頭金平萬達(dá)廣場工程的測繪工作得以高效地實(shí)現(xiàn)，并獲得了精確可靠的測繪數(shù)據(jù)，這將對后續(xù)的建設(shè)、管理和維護(hù)工作產(chǎn)生重要影響。

參考文獻(xiàn)

[1]肖鋒.數(shù)字測繪技術(shù)在建筑工程測量中的運(yùn)用：評《建筑工程測量》 [J].工業(yè)建筑，2021，51（8）：236-237.

[2]黃德勝.無人機(jī)測繪技術(shù)在城市建筑工程測量中的應(yīng)用[J].江西建材，2022（1）：72-73，75.

[3]易大林.現(xiàn)代化聯(lián)合測繪技術(shù)在陜西西咸新區(qū)灃東新城土地資源調(diào)查中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2022，12（7）：170-172.

[4]李瑞麗.傾斜攝影測量技術(shù)在地籍測繪中的應(yīng)用與研究[J].中國地名，2020（7）：39.

[5]畢瑞.面向泥石流溝的無人機(jī)航線規(guī)劃及3D建模應(yīng)用研究[D].昆明：昆明理工大學(xué)，2021.

[6]張松浩.基于PPK技術(shù)的無人機(jī)測繪精度分析研究[D].唐山：華北理工大學(xué)，2020.