基于無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的房地一體測(cè)量分析

高洪俊 高宇

沈陽市勘察測(cè)繪研究院有限公司 遼寧沈陽 110004

1 無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量

1.1 無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量原理

無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是攝影測(cè)量領(lǐng)域正蓬勃發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù)，其原理為在一臺(tái)飛行器上搭載傳感器，從垂直、前、后、左、右五個(gè)不同的方向采集地表目標(biāo)影像；在航攝拍時(shí)，同時(shí)記錄下拍攝瞬間的航速，航高，航向，旁向及航向重疊度，坐標(biāo)等信息。然后利用三維建模軟件，基于影像的三維建模技術(shù)，將航片進(jìn)行三維重建，生產(chǎn)出具有可量測(cè)性的實(shí)景三維模型；再利用三維采集軟件，直接在實(shí)景三維模型上測(cè)量、采集所需的數(shù)據(jù)[1]。

1.2 無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的技術(shù)特點(diǎn)

無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是一項(xiàng)無接觸測(cè)量技術(shù)，它同時(shí)具備了遙感、正攝、三維建模等測(cè)量技術(shù)手段的優(yōu)點(diǎn)。因此，無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)主要的技術(shù)特點(diǎn)包含：①反映地物的真實(shí)性，并具有可量測(cè)性；②基于無人機(jī)平臺(tái)，采集數(shù)據(jù)具有高效性；③能同時(shí)輸出 DSM、DOM、DLG 等數(shù)字產(chǎn)品，具有很高的性價(jià)比。無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)融合了多項(xiàng)測(cè)量技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也繼承了多項(xiàng)測(cè)量技術(shù)誤差來源。無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量精度主要受以下幾個(gè)方面因素的影響：①飛行的氣候條件影響；②成像質(zhì)量的影響；③多視化影像聯(lián)合平差精度的影響；④像控精度的影響；⑤數(shù)據(jù)采集人工差異化的影響。根據(jù)測(cè)量平差原理及誤差傳播定律，無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量質(zhì)量控制主要環(huán)節(jié)應(yīng)在像控、多視影像聯(lián)合平差和數(shù)據(jù)采集階段采取有效的質(zhì)量控制手段。

2 基于無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的房地一體測(cè)量

2.1 測(cè)量思路與流程

首先，在房地一體測(cè)量工作中，應(yīng)先行知曉建筑物測(cè)量位置以及地籍調(diào)查圖紙，并且了解測(cè)量目的，以便測(cè)量工作順利進(jìn)行；其次，結(jié)合測(cè)量要求及房地范圍合理設(shè)置像控點(diǎn)，之后在載波相位差分技術(shù)的輔助下得出像控點(diǎn)具體坐標(biāo)；再者，結(jié)合測(cè)量信息制定外業(yè)飛行方案，并獲取可靠攝影數(shù)據(jù)，在三維模型基礎(chǔ)上對(duì)測(cè)量信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集；最后，利用測(cè)量結(jié)果的具體數(shù)據(jù)與檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，由此可判斷外業(yè)飛行方案是否可行，這樣才能保證房地一體測(cè)量工作獲得最佳測(cè)量成果[2]。

2.2 外業(yè)像控點(diǎn)布設(shè)

在以往的無人機(jī)測(cè)量中，通常根據(jù)測(cè)區(qū)大小，在區(qū)域內(nèi)以均勻分布方式布設(shè)外業(yè)像控點(diǎn)，表現(xiàn)出數(shù)量多、工作量大、難度高的問題。針對(duì)這類問題，本文遵循像控點(diǎn)應(yīng)易識(shí)別、與影像邊界相距1-1.5cm、遠(yuǎn)離陰影位置的原則，提供三種外業(yè)像控點(diǎn)布設(shè)方案，對(duì)比其精度與實(shí)施難度，選出最佳方案，為測(cè)量人員進(jìn)行外業(yè)像控點(diǎn)布設(shè)提供幫助。

2.2.1 布設(shè)方案

方案一：傳統(tǒng)像控點(diǎn)布設(shè)方式，即在測(cè)區(qū)內(nèi)均勻分布。方案二：圍繞角部點(diǎn)組布設(shè)，將測(cè)區(qū)的角部為主要分布區(qū)域，分布方式為點(diǎn)組。方案三：圍繞角部均勻布設(shè)，將測(cè)區(qū)的角部為主要分布區(qū)域，分布方式為均勻分布。在上述方案應(yīng)用中，為保障實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，技術(shù)人員需在使用無人機(jī)攝影測(cè)量前，做好像控點(diǎn)標(biāo)記工作，應(yīng)用油漆（適用于柏油路等堅(jiān)硬區(qū)域）及膩?zhàn)臃郏ㄟm用于土壤等松軟區(qū)域）以“十”字形方式噴涂。同時(shí)，選擇 GPS-PTK 測(cè)量技術(shù)，對(duì)像控點(diǎn)的實(shí)地坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，構(gòu)建三維模型與 DOM，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比其位置精度，選出最佳布設(shè)方案。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)對(duì)比

在構(gòu)建三維模型與 DOM 后，將某地勢(shì)平坦的村莊為實(shí)驗(yàn)區(qū)域，分別應(yīng)用上述方案布設(shè)像控點(diǎn)，以無人機(jī)攝影方式，明確各個(gè)像控點(diǎn)的具體位置。本實(shí)驗(yàn)選擇FC6310 型號(hào)的攝影機(jī)，攝影參數(shù)如下：焦距設(shè)定為8.8m，航高設(shè)定為80m，攝像機(jī)的影響分辨率為5616×3744、像素大小為2.41μm，地面分辨率為0.022m。在明確像控點(diǎn)具體位置后，將三個(gè)布設(shè)方案的三維模型輸入至 EPS 軟件中，共采集十次無人機(jī)檢查點(diǎn)數(shù)據(jù)，避免實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)受到偶然誤差影響。根據(jù)采集的十次數(shù)據(jù)，計(jì)算檢查點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差，其平均值即表示像控點(diǎn)布設(shè)方案的精度。經(jīng)過計(jì)算，方案一的平均點(diǎn)位中誤差為0.042，最大點(diǎn)位中誤差為0.055；方案二的平均點(diǎn)位中誤差為0.068，最大點(diǎn)位中誤差為0.105；方案三的平均點(diǎn)位中誤差為0.052，最大點(diǎn)位中誤差為0.069。就實(shí)驗(yàn)結(jié)果而言，方案一的精度最低；方案二的精度最高，但不同檢查點(diǎn)的精度相差較大；方案三的精度適中，且各個(gè)檢查點(diǎn)間的精度差異較小，所以方案三更適用于地區(qū)的房地一體測(cè)量。

2.3 外業(yè)飛行方案

在飛行系統(tǒng)選擇中，測(cè)量人員需綜合考慮攝影測(cè)量的區(qū)域和特征。以地區(qū)為例，其測(cè)量區(qū)域?yàn)榇迩f，面積較小，且位置分布，覆蓋范圍較廣。就此，在選擇飛行系統(tǒng)時(shí)，不可選擇大面積傾斜攝影測(cè)量飛行系統(tǒng)，優(yōu)先選擇輕小型翼無人機(jī)，為其配置單鏡頭，高效完成小面積的攝影。細(xì)化來說，輕小型翼無人機(jī)具有重量小、測(cè)量便捷、成本低、作業(yè)面積與村莊面積相差無幾等優(yōu)勢(shì)，而單鏡頭攝影模式更為靈活，可保障測(cè)量的精度與效率。在無人機(jī)航線規(guī)劃中，測(cè)量人員需明確地面分辨率、航高與飛行速度等多個(gè)參數(shù)[3]。在規(guī)劃中，測(cè)量人員需根據(jù)各個(gè)參數(shù)間的關(guān)系，進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，明確最佳測(cè)量參數(shù)。以 FC6310 型號(hào)的攝影機(jī)為例，其攝影航高和地面分辨率有直接關(guān)系。在航高為100m 時(shí)，地面分辨率為0.027m；在航高為80m 時(shí)，地面分辨率為0.022m；在航高為60m 時(shí)，地面分辨率為0.016m。在本實(shí)驗(yàn)中，航高設(shè)定為80m，地面分辨率為0.022m，云臺(tái)傾斜角度為45°，飛行速度為6.6m/s。

3 結(jié)語

綜上所述，無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的確具有顯著的應(yīng)用價(jià)值，從測(cè)量思路、像控點(diǎn)布設(shè)、飛行方案、測(cè)量結(jié)果等方面著手，地面測(cè)量拍攝分辨率可達(dá)到0.022cm，由此可有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)存在的不足之處。為了進(jìn)一步提高測(cè)量作業(yè)效率，應(yīng)在房地一體測(cè)量中擴(kuò)大應(yīng)用范圍。