一、引言

百城建設(shè)提質(zhì)工程是河南省新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的重要部署，街道立面改造作為其主要工作內(nèi)容之一可以有效改善街道整體視覺效果，提升城市形象。因此，如何準確、高效地制作建筑物立面圖成為研究的重點。另一方面，傾斜攝影測量是國際測繪領(lǐng)域近年來興起的一項高新技術(shù)，它以大范圍、多角度、高清晰的方式感知真實場景，改變了傳統(tǒng)攝影測量只能從垂直視角拍攝的局限性，具有更豐富的影像信息、更高級的用戶體驗[1-3]。本項目以河南省鶴壁市?？h的三條主干道為例，對測區(qū)進行傾斜攝影測量，通過ContextCapture和DPModeler兩款軟件實現(xiàn)三維建模與立面測圖。本文詳細闡述了基于傾斜攝影測量技術(shù)的建筑物立面圖制作流程，并將立面圖制作成果與傳統(tǒng)全站儀測量結(jié)果進行對比分析，最后對本文方法的優(yōu)勢和創(chuàng)新性進行了總結(jié)與展望。

二、測區(qū)概況

本項目位于千年古城?？h，浚縣地處河南省北部，太行山與華北平原過渡地帶，地形以平原為主，平均海拔63米，屬暖溫帶半濕潤性季風(fēng)氣候，年均氣溫13.7℃。測區(qū)為黎陽路、新華路、黃河路三條主干道，一橫兩縱穿過主城區(qū)。黎陽路全長約4000米，改造涉及建筑物125棟，臨街商鋪462間；新華路全長約2500米，改造涉及建筑物101棟，臨街商鋪306間；黃河路全長約5000米，改造涉及174棟建筑物，臨街商鋪591間，致力于打造具有傳統(tǒng)韻味感知的現(xiàn)代商業(yè)空間。據(jù)了解，這三條路為浚縣的歷史文化資源與特色商業(yè)集中區(qū)域，街道立面改造將有利于城市風(fēng)貌的展現(xiàn)[4]。

三、技術(shù)路線

本項目的實施包括外業(yè)和內(nèi)業(yè)兩個部分。首先進行測區(qū)踏勘與資料收集，在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上利用飛馬“無人機管家”軟件進行航線規(guī)劃設(shè)計，進而通過飛馬D200四旋翼無人機搭載五鏡頭相機獲取測區(qū)真彩色影像，傾斜航空攝影完成后進行外業(yè)像控布設(shè)。其次，通過ContextCapture軟件進行實景三維建模，基于三維模型通過DPModeler軟件進行立面測圖，將立面測圖成果與傳統(tǒng)全站儀測量結(jié)果進行對比分析。最后將測圖成果導(dǎo)入南方CASS軟件進行編輯輸出，完成立面圖制作。具體技術(shù)路線如圖1所示。

圖1技術(shù)路線圖

Fig.1 Technology flow chart

四、作業(yè)流程

4.1 傾斜航空攝影

傾斜航空攝影的航線設(shè)計采用深圳飛馬機器人科技有限公司的“無人機管家”軟件進行，該軟件集無人機數(shù)據(jù)獲取、處理、顯示、管理及無人機維護于一體，支持多種飛行器的航線設(shè)計、監(jiān)控、數(shù)據(jù)快速質(zhì)檢、4D產(chǎn)品生產(chǎn)等。通過“無人機管家”設(shè)計的航線，其相對航高、地面分辨率及物理像元尺寸滿足三角比例關(guān)系，航線設(shè)計通常采取航向重疊度60%以上，旁向重疊度30%左右，鑒于三維模型精細化表達需要，航向和旁向重疊度要求更高，具體的航線設(shè)計參數(shù)如表1所示，航線規(guī)劃如圖2所示。本項目通過飛馬機器人智能航測系統(tǒng)D200搭載五鏡頭相機D-OP300（如圖3所示），該系統(tǒng)具有作業(yè)效率高（單架次/48分鐘/2cmGSD/0.45km2）、焦距長（35mm鏡頭）、影像質(zhì)量高（總像素1.2億）等優(yōu)點，通過傾斜航空攝影方式共作業(yè)4個架次，飛行帶狀區(qū)域近12公里，獲取真彩色影像15500張，然后對獲取的影像進行質(zhì)量檢查，對不合格的區(qū)域進行補飛或重飛，直到獲取的影像質(zhì)量滿足要求。

表1航線規(guī)劃設(shè)計參數(shù)表

圖2 航線規(guī)劃圖（以黎陽路為例）

Fig.2 Airline planning chart (takingLiyang road for example)

圖3 飛馬智能航測系統(tǒng)D200

Fig.3 Intelligent aerial photogrammetricsystem of FEIMA ROBOTICS D200

4.2 像控布設(shè)

本項目采用非全野外布點方案，外業(yè)只測定少量的控制點作為內(nèi)業(yè)加密的基礎(chǔ)，可有效減少外業(yè)工作量。通常根據(jù)測區(qū)形狀、地勢、面積的差異采取不同的布點方案，就本測區(qū)的狹長特性而言，宜采用沿道路兩側(cè)交叉布點方式。由于道路較長約4000米（以黎陽路為例），布點間隔選擇300米左右交叉布設(shè)一個控制點，能夠使測區(qū)控制網(wǎng)更加穩(wěn)固，滿足項目精度要求，像控點分布如圖4所示。根據(jù)上述布點方案，按照“先整體后局部，先控制后碎步”的原則，在首級控制點的基礎(chǔ)上通過GPSRTK采集像控點坐標，像控點坐標如

Fig.4 Image control pointsdistribution chart (taking Liyang road for example)

表2所示。

圖4 像控點分布圖（以黎陽路為例）

Fig.4Image control points distribution chart (taking Liyang road for example)

表2像控點坐標（以黎陽路為例）

4.3 數(shù)據(jù)處理

通過ContextCapture軟件進行數(shù)據(jù)處理，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括原始影像數(shù)據(jù)、POS數(shù)據(jù)、控制點數(shù)據(jù)及相機參數(shù)。首先進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，通過飛馬“無人機管家”智檢圖和智理圖模塊，完成原始影像的勻光勻色、畸變糾正、POS數(shù)據(jù)解算等工作。其次，將預(yù)處理完成后的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)導(dǎo)入ContextCapture軟件平臺，進行新建工程、參數(shù)設(shè)置、提交空三、提交重建等系列環(huán)節(jié)，無需人工干預(yù)，最終輸出OSGB格式的具有真實紋理的高分辨率實景三維模型。該模型能夠準確、精細地還原出建模主體的真實色澤、幾何形態(tài)及細節(jié)構(gòu)成，空三加密精度如表3所示，三維模型成果如圖所示。

表3 空三加密精度統(tǒng)計表

Tab.3 Precision of aerotriangulation

圖5 三維模型成果（局部圖）

Fig.53D model (partial perspective)

三維建模完成后，首先利用武漢天際航公司的格式轉(zhuǎn)換工具將OSGB格式模型轉(zhuǎn)為DPModeler軟件可識別的OSG格式，通過設(shè)置坐標偏移值解決由模型相對坐標與絕對坐標差異引起的偏移問題。其次，基于OSG格式模型、xml格式空三及無畸變影像建立解決方案，通過DPModeler軟件實現(xiàn)建筑物立面測圖（圖6）。最后，將立面測圖成果導(dǎo)入南方CASS軟件進行編輯整理，完成立面圖的制作。立面圖制作成果如圖7所示。

圖6 建筑物立面測圖

Fig.6 Facade mapping of buildings

圖7 建筑物立面圖成果（局部圖）

Fig.7 Elevation of buildings (partialperspective)

五、精度校驗與效率對比

為了檢驗傾斜攝影立面測圖成果的精度，本項目通過傳統(tǒng)外業(yè)測量方法[5-7]，利用南方NTS-332R4全站儀，采取特征邊測量的方式對建筑物立面進行抽樣采集。為體現(xiàn)抽樣數(shù)據(jù)的代表性，均勻選取特征明顯的建模立面進行測量。這里共采集158個特征邊與立面測量成果進行對比分析，統(tǒng)計兩種方法采集的坐標數(shù)據(jù)，計算得到誤差，如表所示。

表4 精度檢驗表（單位：m）

根據(jù)表中的誤差分布，通過中誤差計算公式可得特征邊中誤差為0.05m；另外，特征點坐標中誤差均達到厘米級。由此可知，立面測圖成果滿足1：500大比例尺測圖要求。

就效率而言，2011年我單位于浙江省杭州市承擔過類似項目，通過傳統(tǒng)全站儀測量方法完成立面圖制作。這里以3公里立面測圖長度為工作總量，以組日（三人一組，工作一日）為工作單元進行效率對比，具體結(jié)果如表5所示。由此可知，基于傾斜攝影測量技術(shù)的立面測圖方法效率遠高于傳統(tǒng)全站儀測量方法。

表5作業(yè)效率對比表

六、結(jié)論

本項目將傾斜攝影測量技術(shù)應(yīng)用于建筑物立面圖制作，針對該方法在立面測圖過程中遇到的若干技術(shù)問題進行了研究與測試，并與傳統(tǒng)全站儀測量方法進行了精度和效率的對比分析，結(jié)果表明：基于傾斜攝影測量技術(shù)的立面測圖方法能夠滿足1：500大比例尺測圖要求，測圖效率相較于傳統(tǒng)方法有大幅提高。該項目的完成是高新技術(shù)在測繪領(lǐng)域中的有益嘗試，對于提高作業(yè)效率、改進作業(yè)模式具有重要意義，為以后類似項目的實施提供了參考。