联盟成果︱基于无人机倾斜摄影的建筑规划验收测量方法探讨

导读

倾斜摄影测量技术能够快速还原建筑原型，记录建筑位置、纹理、关系等信息，可有效提高建筑工程规划验收的工作效率。本文结合规划验收测量的技术方法，详细阐述了采用基于无人机倾斜摄影进行规划验收测量的技术方法、工作流程和关键技术，并通过典型工程案例进行试验分析，论证了采用该方法的可行性。

文章作者：赵海强

本文由广东省空间规划大数据产业技术创新联盟成员单位——广州市增城区城乡规划与测绘地理信息研究院出品。

建筑工程的规划验收是在项目竣工之后或者建设开发基本建成之后开展的一项重要工作。规划验收测量成果是城市规划行政主管部门对已批准建设工程进行规划验收的重要依据。目前，建筑工程规划验收测量主要采用全站仪、水准仪、GPS等测量方法。随着测绘科学技术的发展，测绘新技术用于规划验收测量、以提升工程管理的问题，成为测绘生产部门、科研人员等的研究热点。如三维激光扫描技术，已经在规划验收测量中进行应用研究，但由于三维激光扫描仪器成本高，后处理难度大，基于点云的数据制图需要经验丰富的数据处理人员，专业性强，一般技术人员难以快速上手。倾斜摄影测量技术是国际测绘领域近年来倡导使用的一项高新技术，能够快速还原建筑原型，记录建筑位置、纹理、关系等信息，具有较大研究和应用前景。倾斜摄影测量建立建筑物精细三维模型，充分发挥无人机优点，通过无人机航测系统采集的数码影像自动生成点云和实景三维模型。本文研究采用基于无人机倾斜摄影的高精度规划验收测量方法，并以实际生产项目作为实验数据，分析采用该方法的作业流程，技术要点及成果。

一、倾斜摄影测量用于规划验收的技术工艺

基于无人机倾斜摄影的规划验收测量技术结合了摄影测量学原理和竣工验收测量方法，采用多视角相机同步获取各个角度高分辨率影像进行预处理、区域网联合空中三角测量、多视影像密集匹配、DTM/DEM编辑和生产、TIN模型构建自动纹理关联、三维测图软件导入与制图、竣工图核对、建筑地形图绘制、立面图绘制、建筑面积计算等。在一定程度上提升生产效率，为规划验收提供直观丰富的数据信息，辅助规划管理。其关键技术包含：

01

多视影像数据采集，原始影像数据质量直接关系到模型质量，需选择稳定的飞行平台并明确传感器、地面分辨率、影像重叠度、飞行架次及航高等，同时获取5个视角的影像。

02

像控点加密布设，按照《低空数字航空摄影测量外业规范》布点方案布设均匀分布的像控点，并在其基础上结合摄区地形对相邻像控点间加密布设控制点。

03

三维模型并行处理，多视影像空三加密、点云生成、建立实景三维等均可在通过后处理软件自动解算，其中多视影像区域网平差和多视影像密集匹配，本文通过GPU＋集群并行处理，分配作业任务，提升处理效率。

04

采用EPS三维测图系统，实景模型地物清晰、信息丰富，绘图员无需佩戴立体眼镜，可直接采集地形图，并赋予要素属性，成果可转换为DWG等格式。

其技术流程如图1所示。

图1 技术流程图

二、工程概况及实验分析

2.1 典型工程

增城是广州市市辖区，位于广州市东部。增城区以地块区位优势突出、配套完善、交通条件好、周边生态环境优美为原则，在充分尊重村民安置意愿、确保用地符合城市规划和相关政策的前提下，在挂绿湖周边确定11个安置点，目前安置区建设工程逐步完工，部分进入规划验收测量阶段。

以其中两个安置点作为本文研究对象，共计监测面积约0.8，房屋数260栋以上，规划监督测量面积42×104以上。

2.2 实验分析

1）数据采集

共完成0.8 倾斜数码影像采集，根据测区实际摄区环境，对区域进行了分区采集规划，在高层建筑区设计航高为130 m、低层建筑区设计航高为70 m，采用不同航高，保持采集分辨率的一致性。测区完成情况：采用多旋翼无人机，SONY A6300相机，5镜头，共采集影像18 786张，影像地面分辨率2 cm，测设像片控制点67个，控制点平面中误差2 cm内，高程中误差5 cm内，航向重叠度和旁向重叠度均为70%，外业采集和像控点布设共计耗时3 d。整个区域外业控制测量、空三加密、DOM、DEM及三维实景模型制作，面积总计0.8 ，模型分块大小为50 m x 50 m格网大小，共计生成OSGB格式模型分块457块，模型大小为14.6 GB。

2）实景三维处理

影像预处理包含匀光、匀色、畸变纠正等，建模软件目前市场上较常用的：street factory；smart3d capture；pix4d，dpgrid等。本文采用主流软件进行三维建模，主要包含：数据预处理；工程文件建立；影像质量检查；像片参数设置；控制点刺点；多视影像空三解算；分区块密集匹配；工程导出。精细三维模型包含：点云、三维白模、TIN网、实景三维。三维实景如图2所示。

图2 三维实景

3）三维测图

EPS三维测图系统提供基于正射影像（DOM）、实景三维模型（OSGB）、点云（机载lidar，车载等）二三维采集编辑功能。实景模型导入EPS三维测图系统，直接在模型上进行立体测图，绘制地物和注记，对象表达以要素类型为基础，用不同编码表示，分类输入编码包含：点地物（高程点、路灯等）、线/面地物（房屋、道路等）、注记绘制等。地形图绘制成果如图3所示。

图3 地形图绘制成果

4）对比分析

针对该测区，同时采用无人机倾斜摄影测量和传统全站仪测图方法，以1:500制图标准绘制该区域竣工测量成果图，并选取30个分布均匀的房屋角点进行对比、精度评估，点位分布如图4所示，平面坐标较差对比见表1（其中），高程和边长较差见表2。

表1 平面坐标较差对比 

图4 点位分布图

表2 高程与边长较差对比

平面坐标较差统计分析如图5所示。

图5 平面坐标较差统计图

高程、边长较差统计分析如图6所示。

图6 高程、边长较差统计图

通过以上倾斜三维模型测图数据与实测数据对比可知：采用基于无人机的倾斜摄影用于规划验收测量方法具有一定的可行性，通过高程较差统计发现4号点和10号点误差较大，经系统检查，发现此两点所在路面有新铺沥青，不进行精度统计，实验中的高程精度可满足规划验收要求。而在平面精度方面，发现x方向和y方向误差分布不均匀，存在一定的粗差点，边长存在误差较大的8号、9号点，经核查该两个线段模型上存在植被。

误差分析：

01

本实验平面精度不足，经查看模型发现模型不同部位精细度不同，且有部分点云漂浮在模型上空，尤其是房檐、植被遮挡部位，建筑细节不够精细，从而影响矢量采集精度。

02

受人工采集误差影响，图上1个像素代表的实地距离为2 cm，视觉差影响局部矢量采集精度，需要作业员具有较强的软件操作能力。

03

外业数据的影响，包含影像分辨率、像控点分布、外方位元素初值，其中本实验外方位的获取并没有采用实时差分GPS或后处理差分GPS，下一步可尝试将差分GPS引入。

04

EPS三维测图软件矢量采集方式的影响，因本实验采用的EPS房屋采集方式是：通过在不同房屋面上选点，然后将房角点交会出来。并没有辅助线纠正或者直接去采集房角点，交会出来的房角点受房屋面采集点直接影响，实景模型房屋面看似平整，实际是点云构建的格网，并不平整，存在误差漏洞。

三、结语

本文结合规划验收测量的技术方法，研究并详细阐述了采用基于无人机倾斜摄影进行规划验收测量的技术方法，工作流程和关键技术，并通过典型工程案例进行试验分析，论证了采用本文方法的可行性问题。实验表明：在本文实验条件下，采用无人机倾斜摄影方法进行规划验收测量在高程方面满足精度要求，而平面精度方面仍具有一定局限性。根据本文实验的误差分析，提出后续改进建议：

01

可将倾斜摄影与三维激光扫描技术结合，提升地面点云密度，弥补无人机拍摄死角的不足。但是该方法用于应用研究，实际生产还需要考虑倾斜摄影和三维激光扫描的设备成本问题。

02

提升作业员的绘图熟练度和软件操作能力。

03

外业数据采集引入差分GPS技术。

04

三维测图时可将实际地物拍摄影像引入模型作为参考，增强角点位置的准确度。

责任编辑：林冬娜、邓小云

文章来源： 地理信息世界GeomaticsWorld