喬德山

摘要：道路工程測(cè)量工作是道路工程建設(shè)規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建造、運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)管理等各個(gè)階段的基礎(chǔ)工作和重要保障。首先，概述了無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)基本特點(diǎn)；?其次，結(jié)合實(shí)踐分析無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在道路工程測(cè)量中的應(yīng)用要點(diǎn)。結(jié)果表明：無人機(jī)飛行高度在80～100?m、像控點(diǎn)間距在150?m以內(nèi)、地面分辨率在1.5?cm以內(nèi)時(shí)，利用無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量進(jìn)行城市道路測(cè)繪可獲取±5?cm的平面及高程精度。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)?傾斜攝影測(cè)量?道路工程?精度分析

中圖分類號(hào)：P231

Road?Engineering?Measurement?Based?on?UAV?Oblique?Photogrammetry?and?Its?Accuracy?Analysis

QIAO?Deshan

Guangzhou?Planning?Institute，?Guangzhou，?Guangdong?Province，?510000?China

Abstract：?Road?engineering?survey?is?the?fundamental?work?and?important?guarantee?of?the?various?stages?of?the?planning?design，?construction，?and?operation?and?maintenance?management?of?road?engineering?construction.?Firstly，?the?basic?characteristics?of?UAV?oblique?photogrammetry?technology?are?summarized.?Secondly，?combined?with?practice，?the?application?points?of?UAV?oblique?photogrammetry?technology?in?road?engineering?survey?are?analyzed.?The?results?show?that?when?the?UAV?flies?at?an?altitude?of?80～100?m，?the?space?distance?of?image?control?points?is?within?150?m，?and?the?ground?resolution?is?within?1.5?cm，?the?plane?and?elevation?accuracy?of?±5?cm?can?be?obtained?by?using?UAV?oblique?photogrammetry?for?urban?road?survey.

Key?Words：?Unmanned?aerial?vehicle;?Oblique?photogrammetry;?Road?engineering;?Accuracy?analysis

無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)新型技術(shù)，傾斜攝影測(cè)量不僅可以生成還原現(xiàn)實(shí)的真三維模型成果，帶有空間位置信息的可量測(cè)影像數(shù)據(jù)，可真實(shí)反映地物的外觀、位置、高度等屬性，還能生產(chǎn)輸出DSM、DOM、TDOM、DLG等多種數(shù)字化地理信息成果[1]。

無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量適應(yīng)各類復(fù)雜的野外環(huán)境，可快速采集影像數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化三維建模，具有測(cè)量成本低、工期短、省人力、易轉(zhuǎn)場(chǎng)等特點(diǎn)。目前，此技術(shù)被廣泛應(yīng)用到建設(shè)工程各個(gè)領(lǐng)域，在道路工程基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)各個(gè)階段中，也發(fā)揮著重要的作用[2]。

1?無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的基本特點(diǎn)

傳統(tǒng)的道路測(cè)量作業(yè)模式下，采取常規(guī)儀器+人工的方法，由于點(diǎn)多線長(zhǎng)，需要布設(shè)一定等級(jí)和數(shù)量的測(cè)量控制點(diǎn)，工作效率的提升受到局限。

從測(cè)量作業(yè)的方式分析，采用無人機(jī)傾斜攝影方法，可以實(shí)現(xiàn)“人在空中數(shù)據(jù)盡收”的效果，提高了測(cè)量工作的效率，極大限度替代人員的地面測(cè)量作業(yè)，以及現(xiàn)場(chǎng)不利環(huán)境的影響，保障測(cè)量作業(yè)的質(zhì)量。道路工程測(cè)量外業(yè)作業(yè)中，采用無人機(jī)作業(yè)、少量調(diào)繪輔助測(cè)量，充分利用GNSS-ＲTK輔助空中三角測(cè)量導(dǎo)航與定位，助力內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)資料采集工作，最大限度減少對(duì)地面控制點(diǎn)的數(shù)量要求，不僅可以縮短外業(yè)作業(yè)時(shí)間，更重要的是做到了充分利用現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)、確保了測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量可靠，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益全面提升[3]。無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量外業(yè)采集及內(nèi)業(yè)處理作業(yè)流程如圖1所示。

2?工程案例

2.?1?工程概況

項(xiàng)目研究區(qū)位于廣州市南沙區(qū)，占地面積0.072?km2，包括4層、6層住宅區(qū)和50-65?m多層建筑。道路綠化覆蓋較好，瀝青路面是廣州典型的道路狀況。根據(jù)《低空數(shù)字航空攝影野外規(guī)范》（CH/Z3004），合理設(shè)計(jì)測(cè)量區(qū)域路線，確保目標(biāo)攝影區(qū)域完全覆蓋。航高取決于周圍建筑的高度。

2.?2?測(cè)量方法

使用DJI?M300RTK進(jìn)行傾斜野外攝影測(cè)量，配有五個(gè)D2-PSDK睿鉑鏡頭。內(nèi)業(yè)處理使用Smart?3D全景建模軟件創(chuàng)建OSGB格式的3D模型。DLG線劃圖是利用清華山維EPS三維繪圖軟件制作的。

使用Topcon?OS全站儀器（測(cè)距2+2ppm，測(cè)量角度1“）采集道路上地形地物點(diǎn)平面和高程，如人行道橫線角點(diǎn)、道路上可變車道線角、方向指示線角等。

將清華山維EPS三維地圖上收集的特征點(diǎn)三維坐標(biāo)與全站人工收集的特征點(diǎn)三維坐標(biāo)進(jìn)行比較，獲取成果校差。計(jì)算無人機(jī)傾斜單面和高度攝影測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，評(píng)估無人機(jī)傾斜測(cè)量結(jié)果。

2.3?控制測(cè)量

平面控制測(cè)量采用網(wǎng)絡(luò)RTK的方式進(jìn)行，利用廣州CORS系統(tǒng)采集控制點(diǎn)的城市平面坐標(biāo)（x，y），RTK平面控制點(diǎn)測(cè)量流動(dòng)站的技術(shù)要求滿足：（1）流動(dòng)站對(duì)中整平后應(yīng)分多方向量測(cè)儀器高度，并正確設(shè)置儀器高類型（斜高、垂高）和量取位置（天線相位中心、天線項(xiàng)圈、天線底部等），互差≤±2?mm時(shí)取其平均值記錄[4]。（2）流動(dòng)站應(yīng)正確設(shè)置流動(dòng)站的儀器類型、電臺(tái)類型、電臺(tái)頻率、天線類型、數(shù)據(jù)端口、藍(lán)牙端口設(shè)置、多路徑類型、數(shù)據(jù)信息類型等。（3）RTK測(cè)量數(shù)據(jù)采樣間隔一般設(shè)為1?s，模糊度置信度應(yīng)設(shè)為99.9%以上。經(jīng)、緯度記錄到0.00001″，平面坐標(biāo)和高程記錄到0.001?m。（4）RTK測(cè)量作業(yè)開始前，或單基站RTK測(cè)量中基準(zhǔn)站重新設(shè)置的，應(yīng)至少在一個(gè)已知點(diǎn)上進(jìn)行檢核。檢核平面較差應(yīng)≤±5?cm，高程較差應(yīng)≤±7?cm。單次測(cè)回應(yīng)滿足點(diǎn)位平面殘差≤±2?cm，高程殘差≤±3?cm，采集測(cè)回?cái)?shù)應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定[5]。（5）RTK控制點(diǎn)測(cè)回間觀測(cè)記錄的時(shí)間間隔不應(yīng)小于1?min，各測(cè)回均應(yīng)作重新初始化。測(cè)回間平面互差應(yīng)≤±2cm，高程互差應(yīng)≤±3?cm。符合要求的取各次觀測(cè)結(jié)果的平均值作為最終成果。（6）初始化后5?min之內(nèi)仍不能獲得固定解時(shí)，應(yīng)斷開數(shù)據(jù)鏈，重啟接收機(jī)，再次進(jìn)行初始化操作。此外，還可以提高衛(wèi)星截止角，或選擇不同的多路徑效應(yīng)消除模式進(jìn)行測(cè)量。

高程控制測(cè)量采用四等幾何水準(zhǔn)測(cè)量的方法，利用1個(gè)現(xiàn)有水準(zhǔn)控制點(diǎn)高程數(shù)據(jù)，引測(cè)其它控制點(diǎn)，水準(zhǔn)測(cè)量成果符合規(guī)范要求。本項(xiàng)目高程控制測(cè)量采用四等幾何水準(zhǔn)法測(cè)量實(shí)施，以閉合水準(zhǔn)線路用電子水準(zhǔn)儀（天寶DiNi03）施測(cè)，線路長(zhǎng)度1.02?km，允許誤差20?mm，施測(cè)閉合差0.06?mm，閉合差滿足四等水準(zhǔn)精度要求[6]。

本項(xiàng)目為無人傾斜攝影測(cè)量與傳統(tǒng)人工測(cè)量?jī)煞N作業(yè)模式的數(shù)據(jù)精度比對(duì)，故所用控制點(diǎn)、像控點(diǎn)及檢核點(diǎn)均用相同方法施測(cè)。傳統(tǒng)人工測(cè)量控制點(diǎn)布設(shè)4個(gè)，無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量像控點(diǎn)間距為150?m，共布設(shè)4個(gè)，像控檢查點(diǎn)6個(gè)，與像控點(diǎn)距離由近及遠(yuǎn)布設(shè)。

2.4?無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量

首先根據(jù)測(cè)區(qū)范圍KML文件現(xiàn)場(chǎng)踏勘，布設(shè)像控點(diǎn)、檢查點(diǎn)；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境規(guī)劃航線、航高，設(shè)計(jì)航高100?m，分辨率13.7208?mm/pixel，航向和旁向重疊度分別為80%、75%，航線外擴(kuò)測(cè)區(qū)1倍的航高即外擴(kuò)100?m，共計(jì)采集3345張影像。像控點(diǎn)布設(shè)4個(gè)，檢查點(diǎn)由近到遠(yuǎn)布設(shè)6個(gè)具體布設(shè)如圖2所示。

2.5?空三計(jì)算

在現(xiàn)場(chǎng)拍攝無人機(jī)圖像后，可以使用Skyscanner軟件導(dǎo)出傾斜相機(jī)數(shù)據(jù)。該過程同時(shí)記錄位置信息、相機(jī)相關(guān)參數(shù)和位置校正信息，以創(chuàng)建空三任務(wù)xml文件。然后，只需簡(jiǎn)單的操作，即可將文件導(dǎo)入瞰景Smart?3D計(jì)算軟件。

空三計(jì)算通常需要兩次計(jì)算。第一次計(jì)算是在定向模式下進(jìn)行的。計(jì)算完成后，導(dǎo)入用戶PRJ坐標(biāo)系文件并導(dǎo)入挖掘控制點(diǎn)。完成后，開始第二次空間分布計(jì)算，通過調(diào)整控制點(diǎn)完成?？刂泣c(diǎn)的水平誤差中位數(shù)為8.4?mm，平均高程誤差為0.7?mm。檢查點(diǎn)水平誤差中位數(shù)為35?mm，高度誤差為0.3?mm，模型的相對(duì)精度滿足相關(guān)要求。表1和表2中所示的具體三維計(jì)算結(jié)果提供了對(duì)各種誤差和精度的詳細(xì)解釋。

2.6?三維建模成果及DLG線化圖生產(chǎn)

瞰景Smart3D三維重建完成后生成三維傾斜模型OSGB成果，如圖3所示。采用清華山維EPS三維測(cè)圖三維測(cè)圖軟件進(jìn)行DLG線化圖生產(chǎn)任務(wù)，提取的道路特征點(diǎn)（如人行道橫線角點(diǎn)、車行道可變車道線角點(diǎn)、行駛方向指示線角點(diǎn)等），本著均勻分布原則共計(jì)提取887個(gè)特征點(diǎn)。另安排傳統(tǒng)人工測(cè)量方式測(cè)量相應(yīng)點(diǎn)位坐標(biāo)進(jìn)行后期成果精度比對(duì)。

2.7?精度分析

2.7.1特征點(diǎn)分析

對(duì)三維模型提取的特征點(diǎn)比對(duì)人工全站儀測(cè)量的相應(yīng)特征點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算分析，經(jīng)計(jì)算平面中誤差3.3?cm，高程中誤差1.9?cm。其中高程中誤差3?cm以內(nèi)檢查點(diǎn)占72%，5?cm以內(nèi)檢查點(diǎn)占93%。由于篇幅有限，在此就不列出對(duì)比詳表了。

2.7.2道路斷面數(shù)據(jù)分析

根據(jù)模型中提取斷面對(duì)比人工全站儀實(shí)地測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比，斷面對(duì)比抽取2處，其中實(shí)測(cè)寬度分別為1?2.10?m和14.00?m，模型量測(cè)值分別為1?2.11?m和14.01?m，道路寬度差值、斷面高程差值均1?cm左右，滿足相關(guān)要求。

3?結(jié)語(yǔ)

（1）采用人工測(cè)繪手段對(duì)無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量大量特征點(diǎn)進(jìn)行了檢核，成果表明無人機(jī)飛行高度在80～100?m、像控點(diǎn)間距在150?m以內(nèi)、地面分辨率在1.5?cm以內(nèi)時(shí)，利用無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量進(jìn)行城市道路測(cè)繪可獲取±5?cm的平面及高程精度。

（2）無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量誤差除無人機(jī)飛控平臺(tái)、鏡頭及作業(yè)中的航高、重疊率等影響外，在三維測(cè)圖進(jìn)行DLG線劃圖生產(chǎn)時(shí)，不同技術(shù)人員在數(shù)據(jù)采編過程中對(duì)點(diǎn)、線、面的捕捉經(jīng)驗(yàn)不同對(duì)生產(chǎn)的線劃圖精度影響較為明顯，隨著無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量相關(guān)軟、硬件產(chǎn)品技術(shù)水平的提升，技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)水平成為DLG成果精度的主導(dǎo)因素。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫佳龍.無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在房地一體化測(cè)繪中的應(yīng)用研究[J].測(cè)繪與空間地理信息，2023，46（5）：131-134.

[2] 張凱想.?無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在邊坡變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究[D].唐山：華北理工大學(xué)，2023.

[3] 侯健文.?基于無人機(jī)攝影測(cè)量和深度學(xué)習(xí)的公路邊坡病害研究[D]太原：太原理工大學(xué)，2022.

[4] 黃永壯，常換燕.無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在采煤區(qū)沉陷監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].測(cè)繪與空間地理信息，2023，46（4）：209-212..

[5] 于凱強(qiáng).?基于無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的農(nóng)村不動(dòng)產(chǎn)測(cè)量研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2023.

[6] 李帆，晉良高，潘紅平等.無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在農(nóng)村房地一體確權(quán)登記發(fā)證中的創(chuàng)新應(yīng)用[J].測(cè)繪，2022，45（5）：215-220.