摘 要：以浙江省某高速公路竣工復(fù)測(cè)項(xiàng)目為例，對(duì)無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在線型工程測(cè)量中的實(shí)景三維模型、真正射影像制作以及帶狀地形圖測(cè)制等過(guò)程進(jìn)行了應(yīng)用探討，同時(shí)對(duì)測(cè)量精度進(jìn)行了驗(yàn)證。實(shí)踐表明：該技術(shù)僅需少量的外業(yè)工作，就可快速獲取到符合相關(guān)規(guī)范要求的數(shù)字化測(cè)繪成果，大幅提升了線型工程測(cè)量的工作效率，值得推廣應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)；傾斜攝影測(cè)量；線型工程；實(shí)景三維模型
 
1 引言
 
近年來(lái)，為提升經(jīng)濟(jì)活力，國(guó)家不斷增加了基礎(chǔ)設(shè)施的投資力度，其中，以線型工程居多。線型工程主要包括公路、鐵路、石油與燃?xì)夤芫€、供水渠道、高壓輸電線路工程等，與塊狀工程相比，線型工程具有投資大、戰(zhàn)線長(zhǎng)、專業(yè)性強(qiáng)、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高、自然環(huán)境與社會(huì)環(huán)境復(fù)雜等客觀因素[1]，測(cè)量作為線型工程最基礎(chǔ)的工作，其為線型工程的勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工安裝以及運(yùn)營(yíng)管理提供了重要的數(shù)據(jù)圖件和技術(shù)支撐。
傳統(tǒng)的線型工程測(cè)量手段在實(shí)際工作中遇到了以下三方面的問(wèn)題：
①采用常規(guī)測(cè)繪儀器如 GPS 和全站儀進(jìn)行全野外實(shí)測(cè)，存在工期長(zhǎng)、勞動(dòng)強(qiáng)度大、精度隨著線型工程的長(zhǎng)度增加而降低等弊端；
②載人大飛機(jī)的航測(cè)方法受制于空域申請(qǐng)困難，受天氣等外在因素影響大，而且使用成本較高；
③基于遙感測(cè)繪的手段因受衛(wèi)星重訪周期的影響，影像現(xiàn)勢(shì)性不高，現(xiàn)階段精度還難以達(dá)到要求。當(dāng)前，隨著測(cè)繪行業(yè)逐漸向著信息化、智能化的方向發(fā)展，以無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量為代表的先進(jìn)技術(shù)已在測(cè)繪領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，其突破了傳統(tǒng)測(cè)繪方法的技術(shù)瓶頸，僅需少量的外業(yè)工作，就可快速、高精度地獲取到能真實(shí)反映地形地貌的三維實(shí)景模型數(shù)據(jù)，通過(guò)專業(yè)軟件進(jìn)一步處理還可以生成滿足各行業(yè)生產(chǎn)需求的多種數(shù)字化測(cè)繪產(chǎn)品，極大地?cái)U(kuò)展了航空攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用范圍[2]。
 
 
2 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)簡(jiǎn)介

2.1 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)原理
傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是國(guó)際遙感領(lǐng)域近年來(lái)新興發(fā)展的一項(xiàng)對(duì)地觀測(cè)技術(shù)，我國(guó)自 2010 年開(kāi)始引進(jìn)國(guó)內(nèi)，現(xiàn)已得到迅猛發(fā)展。該技術(shù)有效融合了近景攝影測(cè)量與傳統(tǒng)航測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，但又與傳統(tǒng)航測(cè)只能單架次獲取地面物體下視影像不同，其在飛行平臺(tái)上增加了與下視方向成 15° 以上的前、后、左、右 4 個(gè)傾斜鏡頭，加上一個(gè)下視鏡頭共五個(gè)鏡頭同時(shí)曝光不僅能采集到地面物體的多視角高清立體傾斜影像，同時(shí)還能獲取到地物的側(cè)面紋理信息[3]（如圖 1 所示），所拍攝的影像再借助于全自動(dòng)高性能后處理系統(tǒng)， 可快速構(gòu)建出具有地物準(zhǔn)確位置和清晰紋理的高分辨率真三維場(chǎng)景，借助于專業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件不但可以實(shí)現(xiàn)地物的三維數(shù)字化精準(zhǔn)量測(cè)，還可進(jìn)一步生成多種數(shù)字化測(cè)繪產(chǎn)品，滿足各行業(yè)的生產(chǎn)用圖需求。
   
2.2 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)生產(chǎn)流程
無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量是以當(dāng)下流行的便攜、靈活的無(wú)人機(jī)作為飛行平臺(tái)，飛機(jī)攜帶五鏡頭傾斜相機(jī)進(jìn)行影像的采集，其應(yīng)用于線性工程測(cè)量的主要技術(shù)流程有：傾斜影像數(shù)據(jù)采集（外業(yè)航飛、像控測(cè)量）、傾斜三維建模數(shù)據(jù)處理（數(shù)據(jù)預(yù)處理、空三處理）、實(shí)景三維模型制作、真正射影像制作、帶狀地形圖測(cè)制、外業(yè)調(diào)繪補(bǔ)測(cè)[4]（如圖 2 所示）。
   
3 實(shí)例應(yīng)用
 
3.1 項(xiàng)目概況
浙江省“三灣工程”（樂(lè)清灣、臺(tái)州灣、三門灣大橋及接線工程）已于 2019 年 1 月通車運(yùn)營(yíng)，該工程是國(guó)家高速公路網(wǎng)甬莞高速（編號(hào) G1523）的重要組成部分，三灣工程設(shè)計(jì)速度 100km/h，全長(zhǎng) 147.31km，連接線 18.71km，路基寬度 33.5m。為滿足項(xiàng)目土地專項(xiàng)驗(yàn)收、新增建設(shè)用地組件報(bào)批、不動(dòng)產(chǎn)登記發(fā)證等工作需求，本項(xiàng)目擬采用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)來(lái)完成全線竣工復(fù)測(cè)工作。
 
3.2 傾斜影像數(shù)據(jù)采集
（1）外業(yè)航飛本項(xiàng)目采用深圳前海雅棋公司生產(chǎn)的哈瓦五鏡頭傾斜攝影無(wú)人機(jī)進(jìn)行外業(yè)航飛（如圖 3 所示），該型號(hào)無(wú)人機(jī)具有帶狀區(qū)域航線模式，同時(shí)具備長(zhǎng)航時(shí)、圖傳距離能夠達(dá)到 10km，適用于長(zhǎng)距離線型工程航測(cè)。根據(jù)區(qū)域圍線，建立本次飛行計(jì)劃，在飛行軟件中按現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)置合理的飛行參數(shù)，航向重疊為 75%，旁向重疊為 70%，本項(xiàng)目按照作業(yè)范圍線路方向敷設(shè)航線，一架次航程小于飛行器能到達(dá)的最遠(yuǎn)航程，采用用地紅線外擴(kuò) ≥130m 以確保本次航測(cè)作業(yè)全部覆蓋攝區(qū)。選擇有利的氣象條件進(jìn)行外業(yè)航飛，最終飛行 30 多個(gè)架次，共獲取到測(cè)區(qū) 16978 張傾斜影像，覆蓋面積為 32km²。經(jīng)檢查本次航攝攝區(qū)未有漏洞，目標(biāo)區(qū)域邊界全部覆蓋，影像色彩鮮明、反差適中，無(wú)明顯模糊、重影和錯(cuò)位現(xiàn)象，可用于后期產(chǎn)品的制作。
   
（2）像控測(cè)量為保證成圖精度，本項(xiàng)目像控測(cè)量全部采用平高點(diǎn)單航帶布設(shè)方案，按分段 6 點(diǎn)法進(jìn)行布設(shè)[5]。采用 ZJCORS 網(wǎng)絡(luò) RTK 系統(tǒng)進(jìn)行像控點(diǎn)測(cè)量，測(cè)量時(shí)每個(gè)控制點(diǎn)觀測(cè)次數(shù)不少于 2 次，每次采樣間隔應(yīng)重啟儀器，取各次測(cè)量中數(shù)作為最終結(jié)果。
 
3.3 傾斜三維建模數(shù)據(jù)處理
（1）數(shù)據(jù)預(yù)處理航攝飛行獲取的原始影像數(shù)據(jù)使用與相機(jī)鏡頭配套的專業(yè)軟件進(jìn)行圖像后處理，對(duì)每架次飛行獲取的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)、認(rèn)真地檢查和預(yù)處理，對(duì)不合格的區(qū)域需進(jìn)行補(bǔ)飛，確保所有的影像清晰、色彩柔和無(wú)反差、拼接無(wú)明顯重影和錯(cuò)位現(xiàn)象。
（2）空三處理空三處理使用 CC 軟件，CC 軟件的 AT 模塊采用光束法局域網(wǎng)平差，支持垂直影像和傾斜影像同時(shí)導(dǎo)入?yún)⑴c空三計(jì)算[6]，根據(jù)外業(yè)測(cè)定的像控點(diǎn)成果提取特征點(diǎn)和同名像對(duì)，再通過(guò)連接點(diǎn)匹配、相對(duì)定向、區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差等步驟，最終獲取到空中三角測(cè)量成果。
（3）實(shí)景三維模型制作本項(xiàng)目利用 Smart3D 軟件進(jìn)行實(shí)景三維模型的生產(chǎn)，由于模型制作的計(jì)算任務(wù)量較大，為提高數(shù)據(jù)處理速度，處理過(guò)程中將攝區(qū)分割成多個(gè)模型單元進(jìn)行處理，同時(shí)工作站采用并行 CPU 框架硬盤[7]。以空三成果作為數(shù)據(jù)源，Smart3D 軟件無(wú)需人工干預(yù)就能全自動(dòng)快速生成逼真的實(shí)景三維模型。
（4）真正射影像制作根據(jù)實(shí)景三維模型與空三成果文件，以 Tile 為單位進(jìn)行格網(wǎng)正射與貼圖匹配處理，制作測(cè)區(qū)真正射影像（TDOM），部分示意圖如圖 4 所示。
   
（5）帶狀地形圖測(cè)制采用清華山維 EPS 立體測(cè)圖軟件對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)入，制作工程文件，由作業(yè)員在工程中進(jìn)行點(diǎn)、線、面等矢量信息繪制，按照大比例尺測(cè)圖國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定圖層與符號(hào)，快速、精確地制作高速公路及沿線地物等要素矢量數(shù)據(jù)。測(cè)圖成果為初級(jí)線劃圖，經(jīng)軟件導(dǎo)出為 DWG 格式，并采用 CASS9.1 軟件進(jìn)行圖形數(shù)據(jù)編輯。
（6）外業(yè)調(diào)繪補(bǔ)測(cè)矢量數(shù)據(jù)測(cè)圖完畢，經(jīng)粗略編輯后的數(shù)字線化圖打印輸出進(jìn)行外業(yè)調(diào)繪，主要工作內(nèi)容為采用電子調(diào)繪的方式對(duì)原圖上錯(cuò)繪和遺漏的地物、地貌進(jìn)行補(bǔ)測(cè)，測(cè)注高程注記點(diǎn)，同時(shí)調(diào)注各種地理名稱、房屋層數(shù)結(jié)構(gòu)等，賦予屬性信息，外業(yè)調(diào)繪完成后再轉(zhuǎn)內(nèi)業(yè)進(jìn)行成果整理，經(jīng)質(zhì)量檢查合格后完成帶狀地形圖的測(cè)制。
 
3.4 精度檢查
為了檢測(cè)本次實(shí)景三維模型成果以及帶狀地形圖的精度，均勻選取三維模型與地形圖內(nèi)房角以及地面具有明顯特征的若干個(gè)檢查點(diǎn)，利用全站儀和 ZJCORS 網(wǎng)絡(luò) RTK 實(shí)測(cè)的方法，將實(shí)測(cè)坐標(biāo)與從模型及地形圖上量測(cè)的解析坐標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析后的結(jié)果如表 1 所示。 從表 1 的檢查結(jié)果可以看出：實(shí)景三維模型像控點(diǎn)的平面位置中誤差為 2.81cm，高程中誤差為 3.35cm；檢查點(diǎn)的平面位置中誤差為 3.89cm，高程中誤差 4.97cm。帶狀地形圖檢查點(diǎn)的平面中誤差為 4.21cm，高程中誤差為 5.23cm，均滿足《三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范》（CH/T9015-2012）以及《公路勘測(cè)規(guī)范》（JTGC10-2018）的相關(guān)精度要求[8][9]。
 
 
4 結(jié)束語(yǔ)
 
本項(xiàng)目利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)僅用少數(shù)工日就成功完成了 147.31km 的公路竣工測(cè)量任務(wù)，相比傳統(tǒng)的工測(cè)手段，該技術(shù)大大提高了工作效率，節(jié)約了人力物力，而且其構(gòu)建的實(shí)景三維模型真實(shí)逼真、紋理豐富，生成的真正射影像以及帶狀地形圖在精度上完全滿足線型工程的實(shí)際生產(chǎn)需求，為線型工程測(cè)量提供了一條嶄新的技術(shù)思路[10]。針對(duì)線型工程戰(zhàn)線長(zhǎng)、專業(yè)性強(qiáng)等特點(diǎn)，通過(guò)本次應(yīng)用，我們總結(jié)出以下兩點(diǎn)建議：
（1）選用長(zhǎng)航時(shí)、圖傳距離長(zhǎng)的無(wú)人機(jī)，這樣就可以減少飛行架次，節(jié)省外業(yè)時(shí)間。
（2）針對(duì)建模處理工作量大的問(wèn)題，建議工作站采用并行 CPU 框架硬盤，專用硬盤存儲(chǔ)可保證快速數(shù)據(jù)讀取及高效計(jì)算，處理能力得到極大提高。
 

材料參考來(lái)源：浙江測(cè)繪