無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在超高層建筑 竣工測(cè)量中的應(yīng)用

吳 漢

（南京捷鷹數(shù)碼測(cè)繪有限公司， 江蘇 南京 210000）

0 引言

超高層建筑的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)，一是澆筑高度超過(guò)100 米，二是層數(shù)超過(guò)40層。通常情況下，這種建筑的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，而且體型奇特。再加上建筑本身用的材料特殊，使城市的個(gè)性充分地彰顯出來(lái)，同時(shí)也增加了城市的美感。但是正是由于它超常規(guī)的高度使竣工測(cè)量工作存在一定的困難。而無(wú)人機(jī)利用它的高靈活度以及精細(xì)準(zhǔn)確的特點(diǎn)成功地吸引了人們的注意力，并在竣工測(cè)量中得以有效的應(yīng)用。

1 超高層建筑的基本概況以及竣工測(cè)量的難題

某工程的設(shè)計(jì)高度大約為173 米，它整個(gè)建筑物外觀設(shè)計(jì)的靈感來(lái)源于弧線三角形。其中最令人驚嘆的是，它利用了非常復(fù)雜的曲線構(gòu)成了建筑輪廓，而且每層輪廓的曲線都有很大的不同，為了使建筑更加美觀，其外輪廓的弧形處理方式選擇了倒角處理。從平面布置相同的基本樓層往上，隨著層數(shù)的增長(zhǎng)，曲率半徑越來(lái)越小。建筑整體大部分都是弧形結(jié)構(gòu)，包括建筑結(jié)構(gòu)的外輪廓、外圈框架梁、部分內(nèi)連梁。由此可見(jiàn)，無(wú)論是建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)成還是布局空間都具有非常強(qiáng)的復(fù)雜性，而這種輪廓曲線的復(fù)雜性，給建筑物信息數(shù)據(jù)的采集造成了很大的困難，導(dǎo)致工作量巨大，所需時(shí)間較長(zhǎng)，也在一定程度上降低了內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的效率。建筑穹頂?shù)捻敳扛叨群芨?，并且所設(shè)計(jì)的金屬幕墻、玻璃幕墻沒(méi)有很好的反光效果，因此，把儀器直接架在地面上根本無(wú)法完成準(zhǔn)確的測(cè)量。除此之外，對(duì)于建筑的一些特殊點(diǎn)位，只利用全站型電子測(cè)距儀也不能很好地進(jìn)行采集。

2 超高層建筑竣工測(cè)量的實(shí)施技術(shù)流程

某工程在進(jìn)行竣工測(cè)量時(shí)，主要利用了NJCORS 衛(wèi)星定位導(dǎo)航服務(wù)系統(tǒng)對(duì)建筑物進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量，這是一種新的且常用的GPS 測(cè)量方法。在正式測(cè)量前，檢查核對(duì)已知控制點(diǎn)的坐標(biāo)和高度是非常有必要的。要求平面位置差值和高程差值都小于等于正負(fù)五厘米。檢核完畢后，利用GPS 接收機(jī)開(kāi)始進(jìn)行作業(yè)，與此同時(shí)，需要把天線架到三腳架上，該建筑測(cè)量所用接收機(jī)的型號(hào)是Leica GS12。另外，在參數(shù)配置方面，采用2008 南京地方坐標(biāo)系，1985 國(guó)家高程基準(zhǔn)。每個(gè)控制點(diǎn)至少需要三個(gè)測(cè)回，即開(kāi)關(guān)機(jī)三次測(cè)量，其中需要特別注意的是，保證每個(gè)測(cè)回時(shí)間間隔至少為60 秒。為了比較不同時(shí)刻的觀測(cè)結(jié)果，還至少需要30 個(gè)觀測(cè)歷元數(shù)。而且位置精度因子的值不宜超過(guò)4.420。解算方法需要采用GPS 中的固定解，因?yàn)橥ㄟ^(guò)這種算法解出整數(shù)的模糊度之后，會(huì)大幅度提高定位精度。在此期間要充分保證數(shù)據(jù)滿足相應(yīng)的規(guī)范要求。

2.1 高度測(cè)量

由于建筑物穹頂過(guò)高，不是很容易實(shí)施測(cè)量。因此，對(duì)于建筑物的高度測(cè)量，主要利用了電磁波測(cè)距三角高程測(cè)量方法和全站儀對(duì)邊測(cè)量方法，還應(yīng)用了效率最高的無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)。其中電磁波測(cè)距三角高程測(cè)量方法主要是通過(guò)觀測(cè)測(cè)站點(diǎn)到儀器觀測(cè)照準(zhǔn)的目標(biāo)點(diǎn)的豎直角，再用電磁波測(cè)距儀測(cè)取此兩點(diǎn)間的距離，根據(jù)平面三角公式計(jì)算此兩點(diǎn)間的高差，進(jìn)而推求待定點(diǎn)高程[1]。測(cè)量次數(shù)盡量為兩次，而且兩次測(cè)量結(jié)果的差值需要保持在100 毫米以?xún)?nèi)，最終結(jié)果取兩次測(cè)量的平均值。而進(jìn)行全站儀對(duì)邊測(cè)量時(shí)，體現(xiàn)出了幾個(gè)非常大的優(yōu)勢(shì)，第一個(gè)是能自行選擇觀測(cè)角度，第二個(gè)是不需要定向，第三個(gè)是有非常高的測(cè)量精度。而應(yīng)用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)時(shí)，首先要對(duì)相機(jī)進(jìn)行檢驗(yàn)校對(duì)，其次，利用航測(cè)進(jìn)行空三加密，從航空攝影獲得的影像中獲取建筑的數(shù)字高程模型，以建立一個(gè)表達(dá)地面高程起伏形態(tài)的數(shù)字集合。與此同時(shí)，還要獲取數(shù)字正射影像圖，進(jìn)而生成實(shí)景三維模型，表1 則給出了不同測(cè)量手段獲取的穹頂高度成果。從表中我們可以看出，雖然利用無(wú)人機(jī)傾斜測(cè)量技術(shù)的測(cè)量方法得出的高度差值相對(duì)較高，但是三組成果沒(méi)有相差很多。

表1 不同測(cè)量手段穹頂高度成果對(duì)比表/m

2.2 平面位置和建筑面積測(cè)量

由于此工程建筑物有非常獨(dú)特的弧形輪廓，還有反射非常強(qiáng)的玻璃幕墻和金屬幕墻，所以把建筑的標(biāo)準(zhǔn)層作為了基礎(chǔ)測(cè)量對(duì)象。首先利用免棱鏡全站儀將建筑物的特征點(diǎn)采集出來(lái)，進(jìn)而將其獲得的特征點(diǎn)用曲線連接起來(lái)，從而形成外形輪廓。其次，確定建筑物的平面位置以及它的面積，并進(jìn)行多次校對(duì)。最后，利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)生成的正射影像圖和實(shí)景三維模型將建筑物的標(biāo)準(zhǔn)層外輪廓線提取出來(lái)，從而計(jì)算出建筑物的面積。表2 則為全站儀測(cè)量和無(wú)人機(jī)測(cè)量方法的成果對(duì)比。從表中我們可以看出，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)跟全站儀測(cè)量技術(shù)所得的結(jié)果差值相差不多。但是利用無(wú)人機(jī)可以獲得更加豐富的數(shù)據(jù)信息以及更高的效率。

表2 不同測(cè)量方法成果對(duì)比（標(biāo)準(zhǔn)層建筑面積）/m2

2.3 竣工圖制作和入庫(kù)

對(duì)建筑物進(jìn)行測(cè)量并獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)之后，需要對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行校對(duì)審核，還需要編繪竣工總平面圖，此工作的完成主要利用了南方CASS9.0 制圖軟件，但是此過(guò)程需要對(duì)CASS9.0 進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。另外，在數(shù)據(jù)的提取方面，主要利用的是AutoCAD 二次開(kāi)發(fā)的VBA 程序[2]。數(shù)據(jù)提取成功之后，要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和檢查，這里采用了Excel 多表格嵌套的對(duì)比方式。除此之外，在地形圖入庫(kù)時(shí)，采用EPS2008 地理信息工作站，此平臺(tái)相對(duì)其他軟件來(lái)說(shuō)具有很大的優(yōu)勢(shì)，優(yōu)勢(shì)是支持各種測(cè)量成果數(shù)據(jù)，并且需要編輯更新時(shí)可以隨時(shí)進(jìn)行下載。入庫(kù)的步驟主要有五步，第一步是需要將數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)入，第二步是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，第三步則是圖面編輯，第四步是拓補(bǔ)共面，最后一步則是屬性錄入。

3 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，本文以某工程的超高層建筑竣工測(cè)量為例，重點(diǎn)研究了無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在超高層建筑竣工測(cè)量中的應(yīng)用。這種技術(shù)跟以往的全站儀測(cè)量技術(shù)有很大不同，充分體現(xiàn)了效率高、測(cè)量結(jié)果較為準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，給超高層建筑竣工的測(cè)量帶來(lái)了很大的幫助。另外，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的廣泛應(yīng)用，一定會(huì)推動(dòng)測(cè)繪行業(yè)的發(fā)展。