谭忻康，魏 帆，朱雅雯
（1.武汉市测绘研究院，武汉 430021；
2.中国航海图书出版社，天津 300450）
城市发展的日新月异与井然有序离不开规划监督测量，竣工测量属于规划监督测量的最后一个环节，其核心内容为完成《建设工程规划许可证》审批的各楼栋测量工作，并计算出建筑物的占地面积、主建筑面积及地下室面积，提供规划管理部门审核；
完成红线范围内绿地审核测量，计算出各项绿化面积，提供绿化管理部门进行审核；
完成红线范围内海绵城市规划条件核实测量，并计算出下垫面分类面积和各项海绵设施面积，提供海绵城市管理办公室审核；
完成红线范围内及周边道路的地形测量，编绘成果图。早在十年前，大多数测量单位的野外作业方式还停留在传统的全野外解析测量阶段。随着时代的快速发展，特别是“十三五”期间我国科技力量的腾飞，产生了许多测量新方法新技术，特别是无人机测绘技术的出现，极大提高了测图效率，但因其空中三角测量需借助已有的地面控制点，所以仍要进行大量的野外布设和测量像控点的工作，在项目工期紧、任务重的情况下，免除野外像控点测量工作显得无比迫切和需要。本文采用大疆精灵4 PRO RTK 无人机免像控对测区进行航空摄影测量，获取航摄像片，在大疆智图数据处理软件中进行空中三角测量，利用地面布设的航测标志作为检查点评定其精度，并生成可量测三维立体模型，内业数据采集使用iData 数据工厂进行3D 立采，对内业无法判绘处进行野外补调与补测，将补调补测数据和3D 立采数据经内业编辑成图，并用实时动态载波相位差分技术（RTK）与全站仪对测量精度进行检测与评定，结果显示精度良好，满足相关规范要求。
1.1 控制测量
1.1.1 RTK 控制测量
采用武汉市连续运行卫星定位服务系统（WHCORS）对本测区内的RTK 三级点进行观测，每个控制点观测3 个测回，每测回的自动观测数不少于10 个观测值。经定边定角检查发现测区内RTK 三级点的平面与高程精度全部满足且优于规范要求。测区内共布设了10 个RTK 三级点。（因采用武汉2000 坐标系，其与CGCS2000坐标系转换参数属保密内容，故本文中不含坐标信息。）
1.1.2 像控检查点外业测量
测区内布设了5 个像控点，均匀分布在测区四周，虽然免像控无人机航摄测量空三加密不需要地面控制点，但仍可实地布设与测量并作为内业检查点使用，评定其精度。地面航摄标志临时固定在地面上。采用WHCORS 对像控点进行观测，各个像控点观测3 个测回，获取平面坐标及高程。像控检查点分布图如图1 所示。
图1 像控检查点分布图
1.2 无人机摄影测量
1.2.1 航摄设备
采用免像控大疆精灵4 PRO RTK 无人机作为航摄平台，此无人机是一款小型四旋翼高精度航测无人机，具备厘米级导航定位系统，无人机搭载相机传感器为一英寸，有效像素为2000 万，焦距为24 mm。
1.2.2 航摄准备与航线设计
航摄实施前，首先应对测区周围的权属与单位进行摸底和走访，查明是否有敏感或者禁飞区域，避免造成不必要的麻烦；
其次应对测区内建筑物信息进行搜集，特别是建筑物高度，尽管现阶段国产无人机大多都具有防碰撞雷达预警刹停等功能，但其可靠性还有待商榷，况且利用无人机测绘最重要的是要保证作业安全，故飞行高度的设置尤为重要；
最后应合理选择起降场地和备用场地。
测区内有众多超高层建筑，若在日出后或日落前不久进行飞行作业，那么其太阳高度角会偏小，相对应的阴影倍数会过大，航摄成果建模后会出现局部黑团现象，对于内业三维立体模型要素采集工作是相当不利的。因此需要选择有利的时间进行航摄作业，根据相关规范，本测区属于“高层建筑物密集的大城市”，应在正午前后各1 h内进行作业，此时的太阳高度角足够大，相对应的阴影倍数足够低，这样航摄成果建模后出现黑团现象的概率才能降到最低，更有利于工程的实施。
根据测区地形特点及相关规范要求，进行航线设计，航线规划为五向飞行模式，由于本测区东西方向长于南北方向，故设置为东西向飞行，且东西向飞行和地球自转的方向一致，有利于无人机本身抵消地球自转的影响，相对航高设置为115 m，起算点为地面，航线覆盖整个测区，航线规划示意图如图2 所示。
图2 摄影测量3D 五向航线图
1.2.3 漏洞补摄
因测区内超高层建筑物居多，而航线设计的重叠度计算时相对航高的起算点为地面，故建筑上层部位航摄重叠度过低，达不到精细纹理建模要求。在五向飞行完成后，手动操控无人机进行各建筑上层部位的补摄工作，使其重叠度满足精细纹理建模要求。
1.3 无人机摄影测量内业
1.3.1 基于POS 系统的解析空中三角测量
带有POS 系统的无人机可在航摄瞬间得到每张像片的6 个外方位元素，区域网平差需带入摄站点坐标，从而无需大量的外业测量地面控制点的工作。
采用大疆智图数据处理软件对测区进行基于POS系统的光束法区域网平差，为建立测区模型及内业数据采集提供准确数学基础。
全数字空中三角测量（空三加密）采用大疆智图软件进行空三加密和平差解算。
1.3.2 像控检查点内业精度评定
航摄前于地面布设并测量的像控点可作为检查点评定精度，在可量测三维立体模型建模前应进行像控检查点的刺点工作，刺点后点云图如图3 所示。
图3 点云图
像控检查点精度较好，残差数值见表1。
表1 像控检查点残差
1.4 数据采集
1.4.1 基于可量测三维立体模型的内业数据采集
利用大疆智图数据处理软件进行三维建模后，内业使用iData 数据工厂对测区内的各地物、地形要素等竣工信息进行数据采集。测区可量测三维立体模型如图4所示。
图4 可量测三维立体模型
1.4.2 外业调绘与补测
由于无人机航测不可避免存在死角，且建筑内部区域仍需测量员人工进入测量，所以对于可量测三维立体模型无法判绘处需进行外业调绘与补测。外业补测方法有多种：综合利用全站仪+PDA 采集法、全站仪测记法、皮尺量距法和网络RTK 采集法等。
1.5 倾斜摄影测量模型精度检测
本文为检查可量测三维立体模型上采集的碎部点精度，在测区内布设10 个RTK 三级点。
RTK 三级点经4 组定边定角检查，最大角度较差为30"，最大距离较差为0.014 m，均小于限差，符合相关规范要求。
以RTK 三级点为起算点分别布设2 条图根导线贯穿测区，包含11 个一次图根导线点位，用于检查房角点及碎部点坐标。导线主要精度见表2。
表2 一次图根导线精度统计表
将全站仪架设在图根点上对各房角点及碎部点的距离和方位角进行量测，由此计算各房角点及碎部点的坐标，并与在可量测三维立体模型上采集的相对应的点位坐标进行比对，评定倾斜摄影测量模型精度，结果显示精度良好，满足竣工测量需求。
1.6 成果图绘制
本项目内业使用iData 数据工厂对测区内的各地物、地形要素等竣工信息进行数据采集，并内业编辑成图。利用维思数据编辑处理系统平台进行图形处理，编辑竣工测量信息数据，完成竣工测量成图全数字化。绿地审核测量成果图以规划条件核实测量成果图的地形部分为底图，叠加专题要素，压盖部分综合取舍，以专题要素为主成图。海绵城市规划条件核实测量成果图以规划条件核实测量成果图的地形部分为底图，叠加专题要素，压盖部分综合取舍，以专题要素为主成图。
1.7 质量评价
本项目野外检查了50 个碎部点，其点位中误差为±2.9 cm，检查了27 个地坪及硬化地面高程点，中误差为±2.0 cm；
检查了26 条地物间间距，中误差为图上±0.18 mm。经部门检审，发现此项目的各项精度指标均优于《测绘成果质量检查与验收》的要求。由此可以证明免像控无人机对竣工测量的辅助应用是可行的、可靠的。
长久以来，传统测绘技术对城市的建设和社会的发展作出了不可磨灭的贡献，其技术的足够成熟和高可靠性使其直到现在还是众人最信赖的作业模式。在现代的传统测量作业中，常常会用到皮尺、电子全站仪和RTK等装备，这些测绘装备以及使用方法其实已经能满足工程测量作业中对数据精度的要求。但随着时代的快速发展，传统测绘技术已开始渐渐暴露出它的不足，例如人力资源和时间的投入就是之一，测量工作最重要的是团队协作，所以过去经常能看到三五名测量员一起协同作业，但其本质原因还是因为传统测绘装备本身过度依赖于“人”。在这个“人”的价值与重要程度不断增长的时代，自然而然会诞生出各种新装备新技术，而免像控无人机测绘技术就是之一，其优点不仅可大大减少人力资源和时间的投入，在某些时间紧任务重的工作要求背景下更能凸显其效率高的优势，而且测量成果的丰富与多样性也是传统测绘技术所不能比拟的。但是免像控无人机测绘也有其劣势，如易受天气、太阳高度角的影响，且建筑物内部仍然需要人工作业。所以可以看出，在传统测绘技术与新型测绘技术的比较中，只能在某一方面有优势。任何一个项目的技术选择，都要分析其工作内容与侧重点，在某些大型工程中，经常是包含二者，正是传统测绘技术的某些不足才推动了新型测绘技术的研发，而新型测绘技术同样不是完美无缺的，在很多方面仍需要二者互补。
免像控无人机在竣工测量中的应用，不但能很好地满足相关规范对竣工测量的各项精度要求，还能极大减少人力物力投入，提高工作效率。利用无人机倾斜摄影测量构建可量测三维立体模型丰富了测量成果的多样性，在城市推广“多测合一”的大背景下有着极为重要的战略意义。值得注意的是，尽管无人机测量技术相比传统测量模式有着得天独厚的优势，但其仍然不是万能的，在许多方面仍需测量人员采用传统测量模式进行野外补调与补测，所以新型测绘技术与传统测量模式从来都不是对立面，将免像控无人机测量技术与传统测量模式融合在一起，相辅相成才能为我国测绘事业作出更大的贡献。
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