无人机倾斜摄影测量技术在规划竣工测量中的应用研究

摘要：无人机倾斜摄影测量技术经过多年发展，相对于传统测绘手段，具有高精度、高效率、成本低、适应性强、数据丰富等优点，能够快速获取目标区域的影像数据，生产符合要求的高精度实景三维模型数据，已经在测绘、农林业、电力行业、城市规划、应急救援等领域得到了广泛的应用。本文结合项目实际应用，分析总结了该技术在城市规划竣工测量中的应用经验，为此类相关应用提供了一定的参考。

关键词：无人机，倾斜摄影测量，竣工测量，实景三维模型

1 引言

倾斜摄影测量技术作为近年来发展起来的一项新的测绘技术[1]，已经彻底颠覆了传统测绘模式。倾斜摄影测量技术通过在飞行器上搭载多镜头传感器从不同角度进行影像拍摄，快速高效的获取丰富的影像信息[2]，对获取的影像进行内业处理，得到具有丰富信息的实景三维模型，最终应用到测绘生产工作中。

在规划竣工测量工作中，传统测绘手段一般是利用全站仪、RTK、测距仪等仪器设备进行外业数据采集，具有效率低、劳动强度大、受地形制约强、危险系数高等劣势。通过采用无人机倾斜摄影测量技术可将大部分的外业测绘工作转移至内业，不仅具有高精度、高效率、成本低、自动化程度高、适应性强、劳动强度低等优点，而且能够提供更丰富的测绘成果，例如实景三维模型、正射影像图等。目前，该技术已经广泛应用于城市规划竣工测量工作中，具有广阔的发展、应用前景。

2 无人机倾斜摄影测量基本原理及特点

2.1 无人机倾斜摄影测量基本原理

倾斜摄影测量技术作为一项新兴的高新技术，融合了计算机视觉技术、近景摄影测量技术、传统的航空摄影测量技术，颠覆了传统摄影测量技术只能从垂直角度拍摄照片的不足，通过在无人机搭载五镜头倾斜相机，在飞行过程中，可以从垂直角度和前后左右四个倾斜角度获取目标区域五张不同角度的影像，能够获取更加丰富、完整的目标区域信息。在拍摄照片的同时，记录了拍照瞬间的高度、坐标、角度等飞行参数，通过对获取的影像进行影像预处理、多视影像联合平差[3]、多视影像密集匹配[4]、纹理映射，获取到最终的实景三维模型和真正射影像图。

2.2 无人机倾斜摄影测量特点

（1）多角度数据采集

无人机倾斜摄影测量通过搭载多镜头倾斜相机，可同时获取垂直、前视、后视、左视、右视五个角度的影像，相比较传统摄影测量而言，能够获取到更加丰富的几何、纹理信息，更真实的反应目标物的实际情况[5]。

（2）高效快速

无人机飞行快速灵活，搭配多镜头倾斜相机能够快速获取目标区域的多角度影像数据，相比较传统的测绘手段而言，大幅提高了外业作业效率，缩短了外业时间，减轻了外业劳动强度，降低了生产成本，缩短了项目工期。

（3）自动化程度高

无人机倾斜摄影测量操作系统目前已经实现了高度自动化，作业人员经过培训即可熟练掌握外业航飞和内业数据处理，人工干预较少。

（4）适应性强

在地形复杂、城市密集区域等传统测绘手段难以采集数据的区域，无人机通过高空摄影可获取到地物的影像信息和三维位置信息。

（5）数据丰富

传统测绘成果一般以二维成果图体现，通过无人机倾斜摄影测量不仅能提供二维成果，还能提供更加真实、直观的实景三维模型、正射影像图等成果资料。

（6）实时性好

无人机倾斜摄影测量通过快速获取目标区域影像数据，利用计算机软件快速处理影像数据，能够快速得到实景三维模型[6]和正射影像，可为应急救援、灾害监测等提供及时的信息支撑。

3 应用案例

3.1 工程概况

测区位于长沙市湘江新区岳麓山风景名胜区，占地约10万平方米，建筑物11栋，项目毗邻梅溪湖，园区内建筑物浓缩了麓山文化、书院文化，与岳麓山整体风格融合，是展示景区形象、为游客提供服务的全新窗口。为保证项目的竣工验收顺利进行，提高测绘效率和成果质量，我院使用了倾斜摄影测量技术对该项目进行测绘。无人机采用大疆M350，相机采用成都睿铂五镜头倾斜摄影相机，建模软件采用大势智慧重建大师实景三维集群建模软件。

3.2 项目实施

（1）像控点布设

航飞前制定像控点布设方案，在相应的位置布设靶标，依据等级控制点的精度要求，实施野外定点高精度像控点测量。本测区共布设5个靶标像控点，能有效控制测绘区域，像控点分布图如下。

（2）航线规划及影像获取

根据测区范围、测区内及周边建筑物、山体高度和三维模型精度要求等确定飞行参数，在大疆M350遥控器上进行航线规划。本项目航线规划飞行高度120米，航向重叠度80%，旁向重叠度80%，航向间距20米，旁向间距32米。飞行范围根据测区范围外扩约120米，飞行速度10米/秒。本项目飞行时间约25分钟，共获取5组五镜头倾斜影像，每组照片510张，共计2550张影像及对应的POS数据。

（3）实景三维模型生产

将获取的倾斜影像和POS数据导入大势智慧重建大师建模软件，依次执行影像预处理、空中三角测量、像控点刺点、空中三角测量（约束网）、三维重建，最终得到实景三维模型，如下图所示。

（4）立体测图

本项目使用清华山维EPS2016软件加载实景三维模型进行地形图绘制，这是一种全新的立体测图方法，通过立体多视角全方位高精度提取地物、地貌及其属性信息，这种方法内业绘图人员无需佩戴立体眼镜进行立体作业，通过多视角地清晰判读，即可提取丰富的地物地貌属性，如建筑高度可直接获得、楼房轮廓无需屋檐改正、桥梁涵洞可直接室内量测其断面属性、高压及高压走廊亦可室内量测其线宽、线高、净空高等重要地物属性，把外业的诸多工作搬到室内来完成，提高了工作效率和减轻了外业劳动强度。立体测图过程如下图所示。

（5）精度分析

依据《城市测量规范》中的建筑竣工测量精度要求，主要地物点、次要地物点相对于邻近图根点的点位中误差分别小于50mm和70mm。地物点间距中误差小于50mm，高程点相对于邻近图根点中误差小于40mm。

本项目建筑物角点点位中误差统计如下表：

本项目高程中误差统计如下表：

通过对以上两表的分析，本项目基于倾斜摄影测量立体测图采集的数据点位中误差和高程中误差均在允许误差范围内，能够满足城市测量规范要求，可将该技术应用于城市规划竣工测量中。

4 结语

本项目运用无人机倾斜摄影技术完成竣工测量任务，相比较传统的测绘模式而言，在满足相关测量规范精度要求的前提下，大大提高了作业效率，减轻了外业劳动强度，缩短了项目竣工验收周期，杜绝了资源和时间的浪费，为业主单位后期运维提供了二维、三维等地理数据，降低了运维成本，优化了营商环境，取得了业主单位的好评，为后续的竣工测量工作积累了经验。

在成功运用无人机倾斜摄影测量技术进行竣工测量的同时，也发现了一些不足之处：

（1）航拍影像遮挡：在高层建筑密集区、高大树木较多的区域，部分地面要素被遮挡严重，无法完整获取地面要素影像信息，导致实景三维模型局部信息缺失。此时需要采用传统测绘手段（全站仪、RTK等）进行局部外业数据补测，对要素数据进行完善。

（2）飞行安全与环境限制：无人机无法在一些电磁干扰较强的区域、大风、暴雨、浓雾等恶劣天气情况下进行航拍作业，限制了该项技术的应用范围。

（3）法律法规与监管：无人机航测受到严格的法律法规监管，在进行外业航飞前需要提前申请飞行许可，且申请过程繁琐，在一定程度上制约了航拍作业灵活性和效率。

参考文献

［1］ 张祖勋.数字摄影测量学[M].武汉： 武汉测绘科技大学出版社，1997.

［2］ 张祖勋，张剑清.城市建模的途径与关键技术[J].世界科技研究与发展，2023（3）：23-29.

［3］ 金伟，葛宏立，杜华强，等.无人机遥感发展与应用概况[J].遥感信息，2009（1）：88-92.

［4］ 张祖勋，张剑清，廖明生，等.遥感影像的高精度自动配准[J]. 武汉测绘科技大学学报，1998（4）：41-44.

［5］ 谭仁春，李鹏鹏，文琳，等.无人机倾斜摄影的城市三维建模方法优化[J].测绘通报，2016，62（11）： 39-42.

［6］ 王胜利.城市三维场景快速构建方法研究[D].郑州：郑州大学，2016.

作者简介：刘俊峰（1990-），男，工程师，主要从事工程测量方面的工作，E-mail：272820286@qq.com