倾斜摄影测量在测算房屋建筑外立面面积中的应用分析

张军

重庆市设计院有限公司 重庆 400015

摘要：针对传统的测绘仪器测量建筑物外立面面积的效率低成本高等劣势，本文提出一种倾斜摄影测量在房屋建筑外立面面积测算的方法，具有成图效率高、测量精度高和工作强度低等优势，为房屋建筑物及其附属构筑物的外立面量算提供了便利，为设计单位进行老旧小区改造工程提供了具有较高价值的数据。基于此，对无人机摄影测量在测算房屋建筑外立面面积中的应用进行研究，以供参考。

关键词：倾斜摄影测量；三维数字化；房屋建筑外立面面积测算；精确度评估

Application and Analysis of Inclined Photogrammetry in Measuring the Area of Exterior Facade of Buildings、

Zhang Jun 

Chongqing Design Institute Co., Ltd.  Chongqing  400015

Abstract: In view of the disadvantages of low efficiency and high cost of traditional surveying and mapping instruments in measuring the area of building facades, this paper proposes a method for measuring the area of building facades using oblique photogrammetry, which has the advantages of high mapping efficiency, high measurement accuracy and low work intensity, and provides convenience for the measurement of building facades and their ancillary structures, It provides valuable data for the design unit to carry out the renovation project of old residential quarters. Based on this, the application of UAV photogrammetry in measuring the area of exterior facade of buildings is studied for reference.

引言

倾斜倾斜摄影测量是采用无人机搭载影像传感器。无人机具有灵活、轻便、快速等优点，可以很好地作为倾斜摄影测量的飞行平台。在测量过程中飞行高度、飞行方向、航向重叠、旁向重叠等参数可以实时记录，用于后期的全自动化倾斜摄影三维模型的建立。

1无人机倾斜摄影测量概述

倾斜摄影测量在测算房屋建筑外立面面积中的应用技术流程如下流程图所示。

无人机倾斜摄影测量是通过在无人机上搭载五镜头数码相机通过Ｓ形飞行方式，同时拍摄倾斜向前、后、左、右４个方向以及垂直向下方向的影像数据。对于单个镜头来说是选用“井”字形的方式飞行。通过飞行前设定好的轨迹，镜头向下垂直拍摄一组正射影像，随后采用云台对镜头进行控制，使其有一定的偏向角度，然后沿着飞行前设定好的轨迹或者垂直于飞行前设定好的轨迹分别进行两边飞行，获取四组倾斜影像。拍摄影像的过程中结合机载ＧＰＳ／ＩＭＵ系统记录影像曝光瞬间的ＰＯＳ数据及地面布设的像控点数据。通过内业软件的计算与处理，运用空三测量的方法求得地物点的三维坐标，最终得到影像数据中地形与地物间的几何关系与纹理特征，然后进行测量产品及其他技术产品的生产。

2无人机参数设置

倾斜摄影通常用多镜头配合惯导系统获取高精度的初始位置和姿态信息，倾斜相机的性能指标主要包括成像能力、曝光功能、续航时间、POS(定位定向系统，PositionandOrientationSystem)记录功能等，在不同的实际应用中对各方面指标都有不同要求。在无人机航测标准中，要求航测相机像素不低于3500万，而在倾斜摄影中影像分辨率除了与镜头像素有关外，很大程度上取决于无人机飞行的相对高度，所以可以不对单一相机的像素进行限定，而对一次曝光获取的影像像素数进行控制。

3数据采集

无人机摄影测量是将无人机作为空中作业平台,搭载传感器获取区域影像数据的遥感方法。利用无人机对高陡边坡开展航摄作业,根据研究区实际情况设计航线,在充分保证重叠度和分辨率的前提下,获取边坡不同角度的包含位置姿态信息的图像。获得的图像利用运动恢复结构算法(SFM)提取图像特征点并在图像间完成两两匹配,对图像间的几何约束关系进行分析,再根据匹配的共同特征点将多个图像连接,形成轨迹可以实现重构出所有的三维场景点,然后采用多视立体视觉算法(PMVS)进行匹配、扩展、过滤,得到重构的三维点云并建立三维模型。

4外业数据处理

传统正射只能获取被测物体正上方的影像，对于侧面纹理无法精准获得，为了解决这一问题，采用无人机倾斜摄影测量的五镜头获取技术，获取更符合人眼视觉真实感观的成果。1）测量区域建筑物的高度需要先被获取，以便确定建筑的最高点和最低点，然后用来设计无人机飞行的高度，更利于实验的顺利进行。同时获取无人机参数，使用获取的信息设计飞行计划。2）根据测区的情况，布设像控点，使用GPS-RTK技术进行采集，需要注意的是，只有测量结果的坐标系与RTK的坐标系一致时，才能得到准确的结果。3）通过无人机外业获取航空影像及其对应的POS数据，检查采集得到的影像数据质量是否合格，并对重叠度不合格和出现变形的区域进行补拍。4）在保证影像数据没有问题后，使用ContextCapture软件对数据进行处理，即对航空影像进行空三加密。5）倾斜摄影采集到的多视影像可以使用软件通过密集匹配自动寻找连接点，通过连接点构造不规则三角网，实现三维重建即在完成三维纹理映射的不规则三角网形成的白模上赋予纹理。6）对模型进行优化，修复模型空洞和变形的地方，并分析模型精度。

5 内业数据处理

外业获取倾斜影像后，采用CC软件进行空三处理与后续三维建模。将像控点文件、原始影像序列及POS文件导入软件后，软件自动相对定向后通过人工选点、刺点完成区域绝对定向，此步骤中特别注意人工刺点一般需要选取距离影像边缘超过80个像素的范围内且目标清晰的点位，尽量减少照片边缘畸变大带来的影响;设立了控制点标志物的定位到标志物转折处角点。以POS数据作为外方位元素初始值，利用光束法区域网空中三角测量模型进行空三加密，解求所有像片外方位元素和加密点物方坐标。空三成果检查合格后提交空三资料，利用空三成果进行密集匹配获得密集点云，基于密集点云进行模型重建与纹理映射，可快速生成模型。从图中可以看出，倾斜三维模型全方位呈现了测区地面实景，纹理真实，各宗地权属界线易辨别，可以从不同角度观察并快速定位到建筑物的边界、墙体角点、道路边界等，同时建筑层数、建筑结构、门窗信息等都清晰可见，提供了外立面图中所需的各类尺寸要素信息，如下图所示。

6应用分析

本文倾斜摄影测量在测算房屋建筑外立面面积中的应用与传统有人机搭载的专业航摄仪有所不同,无人机所搭载的航摄相机画幅较小,因此航摄采集的原始数据具有图像数量多、总像素数大、地物特征复杂等特点,这对空三测量提出了新的要求。随着计算机视觉技术的日渐成熟,PIX4Dmapper、Photoscan、Acute3D等新兴的航测与建模软件具有高数据容量、高鲁棒性、高匹配精度等优势,不需要过多的人工干预即可利用无人机获取的二维照片快速生成高精度的DOM、DSM、三维模型等产品,甚至在多光谱遥感影像的辐射校正、几何校正等处理中也开始发挥应用。

7房屋建筑物外立面面积精度评定

基于UAV倾斜摄影测量技术，构建的数字正射影像和实景三维模型，通过模型东西南北的正立面图计算出图上每幢楼的外立面面积。同时，通过全站仪对该小区每栋楼进行现场监测，通过其数据来评估UAV摄影测量房屋建筑物的精确度，两数据的误差。根据相关规范中的规定可知，UAV摄影测量数据误差，均低于标准限定值。

结束语

本文无人机摄影测量在测算房屋建筑外立面面积中的应用分析，系统的介绍了倾斜摄影测量的外业数据采集和内业数据处理到后期数据精度评定，该方法的测量精度可以满足老旧小区建筑外立面面积的测量要求。

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