南宁市国土测绘地理信息中心广西壮族自治区南宁530000
摘要：本文首先阐述了基于倾斜摄影测量的城市更新建筑量获取，接着分析了建筑总量，并输出建筑类型、建筑层数等属性，最后对无人机航测技术应用于城市更新建筑量获取，经点位、边长、面积和效率三个方面进行了验证。
关键词：倾斜摄影；三维建模；测量
引言
以往城市更新基础数据调查中采用传统的GPS-RTK作业，作业效率低，作业周期长，掣肘因素多，无法满足城市更新对数据的时效性和迫切性要求。同时，传统方法仅仅从二维角度对更新改造片区进行展示，片区细节表现粗糙，可视化程度低，无法对整个更新改造片区进行三维实景化监管。由此会出现因前期基础数据调查不足导致的数据虚高、策划不准、改造进程推进困难等问题。
本文将研究倾斜摄影测量技术在城市三维建模中的应用，主要验证了利用倾斜摄影测量方法快速获取建筑量的可行性，并以实际项目对其精度进行验证，从多个方面进行对比分析，充分验证了无人机应用于城市更新建筑量快速获取中具有作业成本低、作业灵活、拍摄范围广、人工后处理数据简单、工作量减少，测图周期短，成图速度快等一系列优点，完全满足城市更新对基础数据的要求，给城市更新基础数据调查提供一定的借鉴和参考。
１基于倾斜摄影测量的城市更新建筑量获取
倾斜摄影测量技术集成了GPS、IMU、图像处理、摄影测量、地理信息及集成控制等技术，通过在高速飞行的载体上搭载GPS、IMU、倾斜相机等多种先进的传感器与设备，快速、精确、全面、实时的获取具有时空信息的倾斜影像。利用获取的带有位置信息的航片基于多影像匹配的技术自动化建模，并基于模型数据进行建筑物矢量采集，基于矢量成果，快速输出建筑量（建筑面积和占地面积）。
无人机倾斜摄影测量技术具有精度高、速度快、作业灵活、效率高等特点，将倾斜摄影测量技术应用于城市更新基础数据调查中，能够快速获取更新改造片区的真三维模型及改造建筑量，为城市三维建模快速获取建筑量提供了一条全新的数据调查路线，对促进更新改造项目落地转化起到了强有力的推动作用。
倾斜摄影测量一体化流程主要包括外业数据采集和内业数据处理，数据采集主要包括前期准备以及野外航飞两个阶段。前期准备工作包括：相机及搭载设备的调试准备；相机标定；测区地图缓存下载到地面控制站；航线规划；像控点规划。野外航飞分工作包括：设计测量像控点；航飞拍摄；整理外业数据；全野外实测验证区域的构筑物和建筑物房角点及边长。外业航飞后数据返回内业进行处理，包括三个步骤：空三加密处理并且自动化建模；基于所得的三维模型数据采集建筑物房角点及边长；基于提取的建筑物进行建筑量统计（建筑面积和占地面积）。
在本条技术路线中，像控点的布设至关重要，直接决定了后期成果的精度，以1：５00测图作为本技术路线的标准，首先获取三个D级GPS控制点作为首级控制点，控制整个测区的整体精度；其次在这三个点的基础上进行点加密，加密点的间距一般控制在每２00ｍ一个且均匀分布于整个测区，起到整体覆盖的作用。这些加密点在进行后期解算时，会分为两组（分组考虑覆盖全测区且数量比例适当），一组数据作为像控点，一组数据作为检核点使用。
２实验
利用城市更新规划研究院购置的哈瓦固定翼无人机进行作业，作业航高为102ｍ，航向重叠度８0%，旁向重叠度８0%，地面采样间隔（GSD）为２cm。基于采集后的倾斜摄影测量影像，通过多视点影像匹配技术进行自动化三维建模。将生成的二维建筑线画图导入ARCGIS中，可以计算整个片区的建筑总量，并输出建筑类型、建筑层数等属性。
本文主要从四个方面进行试验对比论证，这四个方面分别为点位误差、边长误差、面积误差和效率验证。
点位误差的比对是将基于倾斜摄影技术所得的房屋角点与实地野外调绘得到的房屋角点的坐标进行比较，以实测坐标为基准，进行精度验证。鉴于航测倾斜摄影技术存在其自身的视角限制，因此在采集的过程中，针对因影像限制造成的内部结构不清、完全遮挡的问题，排除在精度验证的范围外。提取出验证点与实测得到的房角点坐标进行差值计算，得到地物点的平面精度的误差。以同样的方法单独验证房屋边长的精度。
2.1点位误差
采集试验片区50个房角点进行精度验证，最大点位残差误差在１.３0６cm，最小误差在0.224cm，所有检核点的点位中误差为0.937cm，满足城市更新对基础数据点位的精度要求。
2.2边长误差
采集试验片区75个房屋边长进行精度验证，Length为基于倾斜摄影获取的房屋边长值，Length-1为实地野外调绘获取的房屋边长值。经实际数据计算，最大误差在4.9cm，最小误差在２cm，平均误差在2.89cm，满足城市更新对基础数据边长的精度要求。
2.3面积误差
面积误差的比对以人工入户调查的结果为准，对四个子区域进行建筑量面积误差的统计。为统计方便，面积保留至整数位。以５%作为优良成果的界定，本测区经面积统计比对，面积误差均在５%以内，符合城市更新对改造数据的基本要求。其中，造成倾斜摄影测量方法与人工入户测量面积误差的主要因素为：隐蔽房屋不可见（内部夹层等通过航测不能测出）、房屋完全遮挡不可见等。
2.4效率验证
除了从点位误差、边长误差和面积误差三方面进行精度验证，验证倾斜摄影测量在城市更新建筑量获取中的可行性外；通过若干个片区项目的统计，从效率方面来验证其优势，对比分别采用倾斜摄影测量方法和传统测量方法，从人员、作业成本、作业用时、适用性、精度、作业效率、数据可视化和数据维度等方面进行对比。
3结论
针对无人机航测技术应用于城市更新建筑量获取，经点位、边长、面积和效率三个方面验证，得出以下结论：
倾斜摄影测量技术能够实现三维实景化片区展示，相比于传统测量方法，在精度相当的情况下，作业效率更高，作业成本更低，能够快速获取更新改造片区建筑量，成图周期短，有利于城市更新项目的推进；
以多镜头倾斜摄影技术结合三维自动化建模技术手段应用于城市更新建筑量获取，相比于外业实测，点位误差最小能达到0.246cm，边长误差最小能达到２cm，最大不超过10cm（隐蔽区域），建筑量与人工相比能控制在５%以内，完全满足城市更新对于基础数据的要求。
倾斜摄影测量技术与实际的野外调绘方法，两者并非是完全独立分离的。无人机航测技术与实际野外调绘相互结合的方式能够加快城市更新基础数据调查的项目进度。无人机航测一次外业飞行，然后转为内业处理，节省大量的因天气等因素造成的作业时间，同时，基于计算机的自动化建模技术能够节省大量的人力成本。
结语
倾斜摄影测量技术可以高效、准确、大面积获取更新改造区域的影像数据、三维模型，能够以快速视觉浏览的方式摸清区域现状；同时，基于生成的影像数据和三维模型进行矢量测图，能够在室内快速、精确测出摸查区域的房屋建筑面积，节省了大量的作业时间，降低了作业成本，缩短了作业周期，保证了城市更新数据的时效性，有利于推进城市更新项目的进程。
参考文献：
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