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无人机倾斜摄影测量技术的应用与精度分析王寒

发表时间：2020/11/23 来源：《基层建设》2020年第22期作者：王寒

[导读] 摘要：无人机倾斜摄影测量技术能及时、准确地得到与之相匹配的空间点云数据，还能构建相应的空间立体模型，工作效果显著。

        辽宁省有色地质一〇一队有限责任公司辽宁抚顺市 113000
        摘要：无人机倾斜摄影测量技术能及时、准确地得到与之相匹配的空间点云数据，还能构建相应的空间立体模型，工作效果显著。通过数据比较，灵活运用该技术能在第一时间得到相关内容，像高度、竣工地形图等，可见其在超高层建筑竣工测量中发挥出了不容小觑的作用。
        关键词：无人机；倾斜摄影；测量技术；应用；精度
        1倾斜摄影技术简介
        相比传统的无人机摄影测量技术，倾斜摄影技术一般要求无人机搭载多个影像传感器，同时从垂直、倾斜等多个角度采集影像数据，获取更为完整的地面物体信息。根据这些影像信息建立相应的三维实景模型，能够更加直观地展现地物与地貌，由于其逼真的立体效果，更能反映地物的实际情况。其要素全面、精确性高，现已应用于应急指挥、国土安全、城市管理、房产税收、地形勘探、效果宣传等各个方面。倾斜摄影的特点主要体现在以下几个方面：
        1.1全面客观
        和传统的正摄影技术相比，倾斜摄影技术是以不同角度来采集地物信息，包含了地物侧面的颜色和纹理，最后生成的三维实景模型能够直观地反映地物实际情况，可利用相关软件和平台对其进行编辑、三维测量等操作，能为使用者提供身临其境的视觉效果，从而代替现场勘查工作。
        1.2成本低效率高
        如果在复杂的城市地区全部采用传统的人工三维建模，仅仅采集信息就是一项是浩大的工作，相比倾斜摄影就有很大的优势，特别是针对大面积的地区，无人机直接批量采集，计算机完成建模工作，能够有效的缩短建模时间，减少成本，提高效率。
        1.3产品类型多
        倾斜摄影的成果不仅包含实景模型，也可以直接生成DOM、DSM等产品，并且通过相关专业软件直接在实景模型上直接提取点云、三角网格等数据，为之后的其他工作提供可靠的数据支持。
        2无人机倾斜摄影测量技术的应用
        2.1在高度测量中的应用
        建筑物有较多特点，如实施检测的难度系数高、穹顶高度高等，可以借助电磁波测距三角高层测量法、全站仪对边测量法、无人机倾斜摄影测量技术分别测量建筑物最高点。要增强测量的准确性与可靠性，就要求相关工作人员在充分利用电磁波测距三角高程开展此项工作期间，还要结合以下方法测量两次：一种是变换仪器高；另一种是标高法，并在此基础上采取针对性的手段确保误差始终处于合理的范围内，同时把取均值当作与之相匹配的观测成果。一般而言，相关工作人员在借助全站仪对边测量法开展此项工作的时候，应当采取有效措施发挥其以下优势：一是无需定向；二是测量精度高；三是可选择最佳观测角度，目的是从根本上降低测站与目标之间存在的高差情况，以便可以在无形中令测量的可靠性得到应有的提升。无人机倾斜摄影测量技术实际上是借助试验场检校法开展相关校验工作的，然后再借助航空摄影得到与之相匹配的影像，同时还要依赖于航测法做相应的保密工作，这样就能得到DEM、DOM、点云数据和实景三维模型，这个时候相关工作人员应当充分利用实景三维模型进行测量，这样做的目的是及时、准确地得到研综合楼高度。
        2.2在平面位置和建筑面积测量中的应用
        该研究中心超高层建筑物存在以下显著特征：一是该建筑物通常将弧形轮廓设计当作主要设计形式；二是使用金属幕墙以及玻璃幕墙的次数比较频繁。文章将该建筑物标准层当作论述对象，相关工作人员在充分利用以往全站仪激光免棱镜的基础上科学检测建筑物的实际情况，以明确建筑物的平面位置，最后还要做好面积计算校对工作。除此之外，依赖于无人机倾斜摄影测量之后得到了以下信息：一是正射影像图；二是实景三维模型，相关工作者分别将外轮廓线提取出来，继而对建筑物面积做好相应的计算工作。
        此外，该技术和以往的全站仪测量方式拟合效果与面积计算处于相匹配的状态，同时该技术还有较多的优势，像采集信息丰富、技术水平高等。
        2.3在竣工图制作和入库中的应用
        相关工作人员完成外业数据采集工作和编辑工作后，还要借助于南方CASS9.0和后续升级版本开展设计图纸校对工作以及图纸绘制工作。

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同时，相关工作人员除了要对AutoCAD二次开发VBA程序进行充分运用，还应当做好以下两项工作：一是做好数据提取工作；二是做好表格对照工作，紧接着再利用相关多表格嵌套对比的方式做好计算工作及检查工作；三是应当将目光放在对CASS9.0的二次开发上面。这样才能得到以下两种图：一种是总平面竣工图；另一种是面积图。应当在充分结合相关工作站的基础上做好地形图入库更新等相关工作。
        3倾斜摄影测量的主要流程
        3.1资料收集与现场踏勘
        收集测区内的测绘资料如地形图、控制点资料等，了解测区内的地物地形条件、高程变化、交通情况和天气变化等情况，同时提前查阅测区是否为限飞区或禁飞区，制定相应的飞行计划。最后根据测区内的地形、交通与高差情况来布设像控点以及检查点。
        3.2野外数据采集
        根据测区情况规划无人机飞行的高度以及航线，确保作业的安全性及可行性，通常可设置条件有：相对地面高度、航向重叠率、旁向重叠率、飞行速度、飞行方式和镜头的各种参数等，通常高度不低于测区最高建筑物100m，航向重叠率在80%为佳，旁向重叠率在70%为佳，飞行方式根据需求有五向飞行和井字飞行等。设置好之后，航线经由航飞软件自动生成。
        3.3内业数据处理
        野外数据采集结束后，统一对影像成果进行预处理，包括影像质量、pos数据、像控点质量等，检查无误后，可将影像成果导入实景模型处理软件中如：ContextCapture、Pix4D等，软件自动对影像进行空三加密、三维重建等处理。需要人工干预的有像控点刺点、模型格式、输出成果质量等，最后可以输出模型质量报告。
        4无人机测绘实例
        4.1测区情况介绍
        测区位于安徽省北部某县城附近，为某项目施工现场，测区面积是约为1.7km2的矩形区域，地势平坦，视野开阔，最高建筑物不超过20m。外业采集天气为无风天气，非常适合本次飞行。
        4.2实测方法和外业采集
        实测采用的是大疆精灵4RTK版，平面坐标系选用西安80坐标系，高程系选用国家85水准高程系，飞行方式为五向飞行，无人机对地高度约为120m，航向重叠率为80%，旁向重叠率为70%，相片pos数据为千寻网络RTK数据，同时在地面均匀布设五组像控点。本次外业飞行用时约为2.5天，共采集相片约1.1万张。
        5内业处理和成果分析
        内业处理采用的是Bentley公司的ContextCapture软件，将所采集相片pos数据导出，根据测区转换参数把WGS84坐标转为西安80坐标，经ContextCapture检验相片全部有效，再之后进行空三处理、刺点，空三可视化。
        三维重建处理采用单机处理，机器的配置为CPU：8700K，内存32G，显卡1080Ti，总处理时间约为5天。
        待模型完全处理完之后，选取了五组检查点，分别量测了在模型中的空间坐标。
        由此可见，对比实景模型与实际RTK采集中的坐标，在水平和高程方面的误差均在5cm以内，满足1︰500地形图测绘的需求。实景模型色彩真实，线条明显，细节完整，未见明显扭曲拉扯现象。
        结论
        目前，倾斜摄影测量技术仍处于起步阶段，但是其真实性、高效性、高性价比已经是传统测量手段无法比拟的，随着社会的发展和技术的革新，该技术目前仍然存在内业计算量大、无法获取被植被覆盖地形、仍然需要像控点或高程转换参数等缺点。相信在不久的将来，这些缺点会被一一克服，倾斜摄影测量技术会取代大部分的传统测量方式而成为主流测量手段，在土地调查、项目勘查，城市规划和应急测绘等方面得到广泛应用
        参考文献：
        [1]段宗恩，张海生.单镜头倾斜摄影技术低成本三维建模[J].城市勘测，2019（4）：129-131.
        [2]杜猛，朱钊，刘威.无人机倾斜摄影三维模型精度分析[J].山西建筑，2018，44（20）：195-196.
        [3]吕慧娟.无人机倾斜摄影三维建模和应用叨[J].山西建筑，2018，44（16）：180-181.