王永辰
摘要：倾斜摄影测量技术是近年来测绘领域发展起来的高新技术之一。本文结合低空无人机倾斜摄影技术，进行北京房山某小区竣工测量测绘，获取了高精度三维模型，并对无人机倾斜摄影测量成果进行平面测量误差、高程测量误差和间距测量误差精度验证，结果表明，测绘精度达到了竣工测量的主要技术指标要求，为建设项目验收“最多跑一次”提供了先进的技术手段。
关键词：倾斜摄影测量 规划竣工测量 精度 误差
Process and Accuracy Analysis of Planning Completion Survey based on Tilt Photogrammetry
WANG Yongchen
（State Owned Land Secondary Market Transaction Service Center of Fangshan District， Beijing， 102488 China）
Abstract： Tilt photogrammetry is one of the high and new technologies in the field of surveying and mapping in recent years. In this paper， combined with the low altitude UAV tilt photogrammetry technology， the completion survey of a residential area in Fangshan， Beijing is carried out， and the high-precision three-dimensional model is obtained. The plane measurement error， elevation measurement error and spacing measurement error accuracy of the UAV tilt photogrammetry results are verified. The results show that the mapping accuracy meets the main technical index requirements of the completion survey. It has provided advanced technical means for "run at most once" of construction project acceptance.
Key Words： Tilt photogrammetry; Planning completion survey， Accuracy; Error
随着低空无人机测绘技术的发展，越来越多的测绘地理信息工程采用无人机测绘，大大提高了测图效率，节省了大量的人力物力。作为一种新的测绘技术手段，无人机测绘在传统测绘领域已得到了广泛的应用，其精度基本满足规范要求，尤其是在大面积困难复杂地区地形图测绘中，能充分发挥其快速高效的测图优势，因此成为测绘领域研究的焦点之一[1]。近年来随着技术研究的进展，出现了低空无人机倾斜摄影技术（ UAV Oblique Photography Technique，UAVOPT） ，它是利用低空无人机平台搭载 5 组传感器镜头，分别从一个垂直、4 个倾斜角度同时获取高分辨率影像的一种测量方法，其优点是具有快速成像和数据自动化处理能力，可实现单张影像量测。由于无人机倾斜摄影测量具有超高数据处理效率和纹理信息，目前在测绘各领域均有广泛应用，如常规地形测量、不动产测量、数字三维校园、规划竣工测量等[2]。本文结合低空无人机倾斜摄影技术，进行北京房山某小区竣工测量测绘，获取了高精度三维模型，为建设项目验收“最多跑一次”提供了先进的技术手段。
1 无人机倾斜摄影测量
无人机倾斜摄影技术是一项发展较快的新兴技术。通过在无人机飞行平台上携带一组多个传感器，可以从五个不同的角度获取地面图像，包括垂直和倾斜。其中，垂直于地面一组以一定角度拍摄的照片为正片，另外4组与地面成一定角度拍摄的照片为斜片。来自不同摄影站的正片和斜片叠加在一起，形成覆盖测区的倾斜摄影测量图像。利用内外方位元素还原正片和斜片的几何空间姿态，进行地物的3D建模和制图。
与传统的正射影像不同，倾斜摄影测量影像可以从多个角度捕捉地物，充分反映地物的真实情况，增加信息量[3]。通过应用软件，可以进行基于倾斜图像的单幅图像测量，也可以根据测量结果直接测量长度、高度、角度、面积、坡度等参数。倾斜摄影实现了模型纹理采集的一体化，有效降低了数字3D城市建模的成本。此外，基于應用软件的倾斜图像易于在互联网上发布，可以实现模型的访问和交换。
2 规划竣工测量
2.1 竣工实验工程
完成的调查项目是北京房山的一个住宅小区。社区总规划面积0.023km2（以建设项目规划许可证图中所示总面积计算），其中建筑面积4833.24m2。根据竣工测量要求，对GNNS-RTK地图的3个图根控制点进行放置和测量;进行0.037 km2的数字地形竣工测量和2.99 平方公里的四级水准测量;确定建筑物（构筑物）特征点1879个点，地形测量平面坐标系采用北京2000坐标系，高程基准采用1985年国家高程基准，测绘比例为1：500，测绘软件采用南方CASS 9.1地形地籍测绘软件。通过对特征点进行验证测量、建筑物标高测量和规划建设面积计算，将社区竣工测量结果与规划数据进行比较，分析其等级是否符合终止条件。
竣工测量实施时，利用低空无人机倾斜摄影测量技术对小区已建成项目进行航拍和内部数据处理，获得小区高精度三维可测模型，协助完成小区规划竣工测量。
2.2 无人机倾斜摄影平台
竣工工程倾斜摄影测量采用的是飞马 D200 高精度测无人机，机身重7.5 kg，单架次海平面悬停时间48min，巡航速度13.5m/s，飞马D200水平精度为1cm+1×10-6mm，垂直精度为2cm+1×10-6mm，支持PPK、RTK及其融合作业模式，在地物特征丰富的条件下可实现1∶500免控测图。D200搭载D-OP300倾斜模块，该模块配备5组SONY ILCE-6000相机，每个传感器尺寸为23.5mm×15.6mm，有效像素2400万，倾斜角度45°，其中下视镜头焦距25mm，斜视镜头焦距35mm[4]。D200配备无人机管家专业软件，可实现航线规划、空三解算、DOM、DEM、DSM、TDOM和真三维模型获取。
2.3 像控点布设
无人机倾斜摄影测量采用的平面、高程基准与竣工测量测图基准一致，为了提高三维建模精度，将航高设计为允许最低值，有利于像控点的识别和高精度纹理获取[5]。测区内较为平坦，因此选择成像清晰的块状地物拐角点作为像控点，实验工程选取地面角点清晰处为像控点，地面角点不明显处和楼顶面采用油漆喷涂的方式绘制人工角点，测区内总计布设25个像控点，其中19个为控制点，6个为检查点。像控点选定后，利用GPS-RTK进行平面高程控制测量，观测时始终保持同步锁定6颗以上卫星，PDOP值小于6，流动站距离参考站平均距离800m，经精度评定，观测成果的平面、高程点位中误差分别为±3cm、±4.5cm，满足精度要求。
2.4 外业航空摄影
外业航摄主要进行飞行控制系统检查和航线设计。飞行前，对飞行控制系统的关键部件进行检查，如舵机、空速和风门，以及系统供电模块、GPS和遥控器等配件进行全检，并在检测后进行路线参数设计。使用搭载飞马D200的专业无人机管理软件，项目使用的飞行参数为：航向重叠80%，旁向重叠65%，倾角小于12°，旋偏角小于15°，航线弯曲度小于1.5 %。为了获得更精确的低空数据，飞行高度设计为135 m，基高比为0.36，地面分辨率为0.04 m。无人机在野外飞行了15条带，每个镜头组拍摄了278幅图像，共拍摄了1390张正斜面航拍照片。实地飞行结束后进行了现场质量检查，结果表明航拍质量高，无需额外飞行。
2.5 三维建模
基于现场获得的POS数据、倾斜影像数据和地形影像控制数据，在ContextCapture软件中构建新项目进行三维建模。实验中采用多基线特征匹配技术，结合POS数据生成连接点，使用25个像控点。执行区域网平差以完成空中三角测量并计算每个图像的外方位元素。软件提供的并行算法用于像素级特征匹配，生成DSM点云。为了减少数据冗余，在DSM 点云中构建了一个TIN，并根据图像数据修改了TIN的内部规格，生成了一个TIN矢量模型。使用ContextCapture将模型区域划分为多个tile，合成一个任务分配给每个节点，将TIN模型和图像纹理无缝结合，建立具有多个细节的真实3D LOD场景模型。经过以上处理后，住宅区三维模型如图1（a）所示。从图中不难发现，住宅区三维模型没有歪悬、破洞，也不缺乏质感，建模精度高。
为了优化模型，提高精度，将模型导入DP-Modeler进行房檐校正等优化过程，以达到最佳精度和逼真效果。细化后的模型在ContextCapture中导出为ESRI I3S格式，实现社区三维模型的模型探索、建筑选择、距离测量、面积测量、坐标测量、三角测量等功能。图1（b）为平台环境下居住区的建筑选择和坐标测量功能。突出显示的建筑物为选定的完工建筑物，圆环上的点为建筑物拐角处特征点的平面坐标。由以上分析可知，基于无人机倾斜摄影测量技术对该住宅区进行3D建模，可以完成竣工测量，其模型精度满足建设工程竣工试验的建模要求，是传统规划竣工测量的有效手段。
3精度分析
所构建的测量精度包括3个要求：特征点相对于相邻平面控制点的位置误差、特征点与相邻特征点之间的距离误差、高程中误差。为验证无人机倾斜摄影测量得到的平面精度、高程精度和特征点间距精度，在试验中测试了105个平面特征点、52个高程点和36个点距。实验。天宇府住宅区的特色。经验证，105个平面特征点中58个为主特征点，47个为次特征点; 52个高程点中，17个位于小区外层，19个位于楼顶，16个位于护墙;主要从拐角特征点、道路两侧明显的特征点、红线界址點之间的距离选取36个间距。通过将无人机获取的平面和高程点与全站仪的地形数据进行对比，比较地物间的距离和现场钢尺测量距离，计算精度。
平面测量误差为0.039m，小于±0.05m。高程误差为±0.117m，小于±0.15m。距离误差与高程误差计算类似，0.043m≤0.05m。因此，无人机倾斜摄影测量应用，其平面测量、高程测量和测距精度满足竣工测量要求。但由于无人机只能在露天进行航测，部分已完成的勘测项目，如施工区核查、综合管线勘察等无法实测，复杂测区无人机测绘存在盲区。因此，因此，无人机竣工测量只能作为竣工测量辅助手段，不能独立完成竣工测量[6]。
4结语
运用无人机倾斜摄影技术，对该住宅小区规划竣工测量进行了竣工辅助测绘。利用ContextCapture软件建立了小区高精度实景三维模型并完成网页上载，实现了小区三维可视化量测。本文对无人机倾斜摄影测量成果进行平面测量误差、高程测量误差和间距测量误差精度验证，结果表明，测绘精度达到了竣工测量的主要技术指标要求，为建设项目验收“最多跑一次”提供了先进的技术手段。然而，对于无人机难以到达地区或摄影存在死角的情形，无人机倾斜摄影竣工测量受到限制，因此，目前无人机竣工测量只能完成部分项目，而不能完成所有竣工测量任务，因此，无人机倾斜摄影测量可作为规划竣工测量的一种有效辅助手段，无法完全替代常规竣工测量方法。
参考文献
[1]李健. 建筑工程规划竣工测量数据管理技术研究[D].济南：山东建筑大学，2019.
[2]余章蓉，王友昆，潘俊华，等.Trimble X7三维激光扫描仪在建筑工程竣工测量中的应用[J].测绘通报，2021（4）：160-163.
[3]陶旭，郑贤泽，张国峰.建筑工程规划竣工测量技术与方法剖析[J].测绘与空间地理信息，2020，43（10）：198-200.
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[5]邹兵.测绘新技术在高层建筑工程竣工测量中的综合应用分析[J].北京测绘，2020，34（9）：1289-1292.
[6]刘俊敏.房屋建筑竣工规划验收测量的技术要点分析[J].智能城市，2018，4（20）：64-65.
