无人机倾斜摄影测量技术在广州城市更新改造中的应用研究

潘敏青

(广州市房地产测绘院广州市测绘产品质量检验中心，广东 广州 440104)

0 引言

《广州市城市更新办法》已经于2016年1月1日起施行，实施4年多来，政府已对城区多处“三旧”区、棚户区、危破旧房进行了改造，城市面貌焕然一新，城市更新不仅盘活了大量低效存量建设用地，对于产业集聚和促进产业结构调整和转型升级都具有重大的意义。

基础数据调查作为城市更新改造中的一项重要工作，它为制定城市更新改造方案、测算经济平衡，并为改造过程中的融资、补偿、安置、复建等工作提供了重要的技术支持。传统的基础数据调查采用常规测绘仪器，如全站仪、GPS-RTK进行作业，不仅效率低下、费时费力，而且仅从二维角度来反应改造片区的地理信息，使用起来制约因素非常多，目前已难以满足城市更新改造工作的需求。

近年来，无人机倾斜摄影测量技术能以高效率、高精度、高清晰的方式全面感知地面复杂的场景而备受关注，当前已成为测绘领域研究和应用的一项重要课题。

1 无人机倾斜摄影测量技术

我国在2010年将倾斜摄影测量技术引进国内，它是国际航空遥感领域近些年逐渐发展成熟的一项全新的测绘新技术。它的原理是通过在无人机飞行平台上携带5镜头高像素数码相机，同时从1个垂直和4个倾斜角度来拍摄物体的影像(如图1所示)，其中垂直于地面的正片用于制作传统的DOM、DEM、DSM、DLG产品，另4组斜片可用于获取地物的纹理信息，再借助全自动高性能后处理系统，可快速构建出具有地物准确位置和清晰纹理的高分辨率真三维场景，将大众带入贴合人眼视觉感官的真实世界。

图1 无人机倾斜摄影影像获取示意图

无人机倾斜摄影测量技术具有以下特点：①快速获取大范围地物空间信息及多角度影像信息。②反映城市真实三维地形情况，实现真正的实景三维城市建模。③模型精度高、要素全面、细节丰富且纹理真实，能满足1:1 000测图要求。④效率高、周期短，5个月完成中等城市采集、建模。⑤基于三维实景城市进行量测、分析应用。

2 应用实例

2.1 项目背景

作业区位于广州市某城中村，测区范围内人口密集，房屋杂乱无章，为本次无人机的外业航飞任务带来一定的安全隐患。充分考虑测区的实际环境以及无人机对起降场地的需求，本项目决定采用性能稳定、对起降场地要求不高的的电动六旋翼无人机。

2.2 影像获取

电动六旋翼无人机具有操作模式灵活、飞行性能稳定、续航能力持久等优势，为高效获取高质量倾斜摄影数据提供了可能。该无人机搭载5个SONY ILCE-QXl数码相机，航飞参数设置如下：同一航线上最大与最小航高的高差应小于30 m，航向重叠为70%，旁向重叠为40%，倾斜像头的前后倾角小于40°，左右倾角小于35°。选择良好的天气进行外业航飞，共获取到多张有丰富层次、颜色饱和、色彩鲜明、反差适中、色调一致的地面影像。

2.3 像控点测量

像控点宜选在明显地物的拐角处，或选取大交角的细小线状地物的十字交叉处，像控点布设数量不少于3～4个/km2，像控点的平面和高程采用GDCORS网络RTK进行测量。

2.4 数据预处理

对外业航摄的所有影像进行预处理，主要内容是对影像进行匀色匀光处理、校正畸变差等。

2.5 空中三角测量

采用从POS系统中提取的外方位元素，参照金字塔匹配由粗到精的原则，并采取多视角联合平差和自由网光束法平差的方法，将各级影像上的同名点进行自动匹配来完成空中三角测量。

2.6 模型构建

通过软件自动分析，选取能够相匹配的合适的影像单元，进行点云密集匹配和特征匹配，再利用相关软件自动化完成纹理映射，构建出三维白模。

2.7 模型检查与修改

在视角高度为150 m的场景下对三维白模进行核查，检查内容主要包括模型是否存在漏洞、搭连，建筑物的纹理有无扭曲、变形；光滑的表面如水面有无破洞、存在凹凸不平以及反光的现象；道路上有无不完整的车辆；以及地貌完整性、水面平整性，是否真实体现出地形地貌。

2.8 成果输出与应用

最后输出S3C及OSGB格式的三维模型成果，成果分辨率优于5 cm。在广州市城市更新改造项目中，基于无人机倾斜摄影测量技术完成的三维模型可从多个角度直观反映地面建筑的情况，通过相关软件能实时量算出地物的位置和高度信息，为依法、依规处置违建提供强有力的证据。同时三维模型成果还可以高精度地还原真实的建筑原貌，可根据需要进行不同角度的浏览和面积的量算，可协助拆迁快速推进，并方便政府拆迁职能部门对不同时期的历史数据进行统计和分析，对于固化证据、还原旧村样貌、展示改造后的城市新貌提供了技术支持(如图2所示)。2016-2018年，本院连续承接了多个广州市城市更新改造基础数据调查项目，完成了荔湾区、海珠区、越秀区全境以及天河局部辖区房屋实景三维建模工作，项目成果均获得业主单位的高度认同。

图2 城市更新改造前后三维成果示意图

3 结语

相较于传统测绘模式，无人机倾斜摄影测量技术具有高效快捷、机动性强、时效性优、高精度、高清晰等优势，为城市更新改造中的基础数据调查提供了全新的方式。广州市房地产测绘院积极引进无人机倾斜摄影测量技术，广泛拓展应用领域，探索出了一系列的倾斜摄影技术实施和应用路线，在治安管理、美丽乡村建设、路桥建设拆迁房屋现状摸查、城市违法建筑巡查、城市应急测绘、工程规划土石方计算等方面也取得突破性进展。