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街道立面改造案例
01 PART 项目背景
立面改造是伴随着我国城镇化进程不断深入,城市的主体建设已经基本完成,在数量上已经达到了很大的积累,但是在质量上还是有待改进的,部分建筑面临立面改造的需求,这也将会是城市近期建设过程中的重点项目之一有统计显示，我国目前约有130亿平方米的旧建筑需要进行改造。从经济可持续发展和绿色环保生态观出发，相当比例的旧建筑可以通过外立面的改造，达到改观建筑形象和改善建筑功能等多方面目的，具有十分重要的现实意义。
传统立面测量一般采用人工跑点的测量方式，采用全站仪+GPSRTK的技术进行每个农房的调查，其精度较高，但仍有一定的局限性，比如作业效率低、房屋密集不通视、数据成果单一等等。随着无人机倾斜摄影技术的快速发展，利用倾斜影像建立的高精度实景三维模型生产大比例尺线划图已经成为了现实。我公司在积累了相关生产经验的基础上，在江苏泰州某乡镇立面测量项目支撑下，利用我们所代理的精灵4RTK无人机倾斜系统对试点区域进行高分辨率倾斜三维数据的获取1:500比例尺测图工作，并检测成果其能否满足立面调查的高精度项目需求，为后续大面积的立面测量项目新技术的应用提供参考。
02 PART 项目需求
1、测区范围
本次试点区域隶属江苏泰州，位于泰州南部，测区分布大致成“十字架”型，测量面积约0.1km2，测区主体为该镇两条主街道两旁的建筑物，该区域地势较为平坦，地面要素主要为居民地与道路等，测区范围如下图所示：
2、项目要求
（1）精度指标
1:500地形图精度标准
（2）项目成果
测区实景三维模型一套（数据格式为.osgb）；
测区正射影像图一套（数据格式为.tif）；
测区大比例尺地形图测图成果一套（数据格式为*.dwg）；
（3）人员及设备
①人员投入
飞行技术人员与外业测量人员1人，内业编辑人员1人。
②仪器设备
针对本项目的高精度项目需求，我们使用大疆精灵4RTK无人机倾斜测量“井字飞行”的方式进行测区倾斜影像数据的获取。至于航片POS信息的采集，由于是测试实验，我们不仅采用了精灵4RTK无人机自带的实时差分RTK系统来获取POS信息，同时，我们也使用我公司自主研发生产的“G6 A+”RTK产品在现场进行静态数据采集，用来后期对航片进行POS解算，最终对这两套POS系统进行精度比较，致力为客户提供最优的作业方式参考。由于大疆精灵4RTK配备高精度差分GNSS板卡，支持PPK/RTK及其融合作业模式，所以在实际作业中可大量减少外业控制点或一定条件下可以完全免像控的完成1:500航测成图。
（4）数据处理软件
数据后处理采用PENPPK（我司自主编写的差分解算软件）、ContextCapture、EPS三款软件，对倾斜影像进行差分解算、空三计算、实景三维模型生产及大比例尺测图
。
03 PART 技术路线
不同于常规1：500航测成图精度（一般平面、高程中误差要求为13cm以内），此次立面调查平面中误差要求为5cm，精度更高，因此意味着其不管是影像分辨率、控制点布设、数据处理等都有着极为严格的要求.本文主要讲述项目实施的数据采集、数据预处理、数据生产等几个阶段，并对成果进行精度检核，最后通过投入的人力与生产周期对整个项目进行效率分析。
04 PART 项目实施
1、数据采集
1）测区踏勘
踏勘的目的是了解测区的交通情况、行政区划、控制点分布、地形地貌等情况。通过对测区的踏勘，了解测区内建筑物最大高度，以便我们规划航线，制定飞行方案，保证飞行作业的安全。
2）航线设计
据倾斜的数据处理经验来看，基于控制点约束，倾斜摄影的模型精度一般是地面分辨率的1.5~2倍，因此为了满足立面测图5cm精度需求，倾斜影像应获取地面分辨率优于3cm的影像数据，且为保障三维模型的生成效果，其航向，旁向重叠度一般建议优于70%，而当测区存在高楼时，则应加大重叠度，保证楼顶的重叠度。对于地形起伏较大的区域，则应根据地形变高飞行，保证测区内大部分地物的分辨率都优于3cm，以此来保证三维模型的效果及精度。结合测区踏勘的情况，设计地面分辨率为2.74cm，航高为100m，航向重叠度为80%，旁向重叠度为75%，预计飞行时间为60分钟。由于此次测区形状的特殊性，我们将测区kml范围线切分为了三部分，依次导入G6 A+ RTK软件内，根据测区的地形起伏和影像要求，软件自动生成最佳航线，如下图1、2
3）像控点布设
为满足平面中误差5cm的精度需求，通常情况下建议1km2布设25-35个控制点，同时布设部分检查点，如若太密既浪费人力，物力，也影响后期处理速度，而疏于这个密度的话则可能损失精度。因控制点要应用于后期数据处理，其测量精度须优于3cm，一般需要多次测量取均值，控制点位置一般应选择在地面起伏不大的地面，尽力避免选择房角点或带有高程起伏的角点，以免造成内业人员在刺点时因判断失误刺偏导致数据不满足精度要求。对于精灵4RTK无人机来说，其具备RTK/PPK的融合作业模式，可实现免像控的1：500航测成图，虽不能满足5cm精度需求，但可极大减少控制点的布设，软件通过少量控制点和高精度POS的联合平差，实现项目高精度数据的获取需求。
本项目测区为乡镇街道，测区内有部分为沥青马路，路面标识清晰。但其他区域均为水泥马路，没有明显地面目标和标志物，故采用布设事前像控的方式，对于沥青马路区域，利用其已有的标志地标作为像控点（如图3），其他区域则采用红色油漆喷涂“L形”标志作为像控点，要求拐角清晰可见，与地面有明显色差，易于内业人员判刺。本次项目的我们一共测有6个像控点，大致分布如图4
使用G6 A+ RTK连接千寻CORS，并采用平滑采点功能测量像控点点位坐标值，为保证精度控制在2cm以内，每组像控点采集3个测回，每个测回采集10个点，最后计算平均值，每测回完成后应重启接收机。每组像控点进行拍照记录，要求照片能够反映像控点的地形特征，并做好点之记整理工作。
4）航飞情况
现场航摄作业时，飞机组装完成后，要根据“G6 A+ RTK”APP提示进行一系列严格的检查，在确保安全及APP飞行界面左上角出现“起飞准备完毕”的情况下才能升空作业。飞机升空作业后，飞手应在遥控器屏幕对飞机工作状态进行实时监控，时刻关注电池电量、飞机的飞行姿态、航高及速度等指标。航摄完成后应在现场下对POS数据并对航摄影像进行检查和整理，确保POS信息无遗漏，影像清晰。
2、数据预处理
1）差分解算
利用中翰PENPPK软件，对无人接获取的差分POS观测数据及基站观测数据进行融合差分GPS解算，得到相机的精确POS，再通过七参数将WGS84坐标转换为控制点所在的坐标系，保证坐标系的统一，才能发挥高精度POS的作用。
2）空三加密
导入ContextCapture软件中，加入控制点，手动调整控制点位置，将控制点与空三网联合平差，优化至合格数值。空三完成后，ContextCapture软件进行自动化建模作业。
3、数据生产
1）高精度实景三维模型生产
ContextCapture软件经过格网切块、构建TIN网白模、自动纹理映射等流程，生产出测区的高精度实景三维模型成果。常规的三维测图方式，是基于实景三维模型进行的地物采集，若房屋模型结构不完整，几何精度有问题，则后续测图成果很难满足权籍精度要求，因此三维成果的效果及精度检查至关重要。三维模型成果要求纹理清晰，房屋结构尤其是墙体完整，且墙面应尽可能平整，才能保证后期进入测图软件采集的房屋边线及房屋角点准确，然后采用布设的检查点进行三维模型的精度检查，精度合格则进行下一步作业。
2）正射影像图制作
根据实景三维模型与空三成果文件，以Tile为单位进行格网正射与贴图匹配处理，制作测区正射影像图（DOM），也可用于后期测图参考。
3）内业测图
采用清华山维EPS软件进行测图作业，将测区高精度实景三维模型、正射影像图导入软件，制作工程文件，由作业员通过三维模型及多视角倾斜影像进行点、线、面等矢量信息绘制，并按照国标要求赋予要素属性信息，采集房屋时可完成房檐改正、房屋层数等属性录入。
4）精度检核
测图工作完成后，需对数字线划图的要素精度进行检验，检查采取人工实测的方式对比精度。经检验，平面中误差为0.034m，高程中误差为0.039m，满足客户测绘单位立面调查测量5cm的精度要求。
05 PART 总结
本项目采用精灵4RTK无人机井字飞行的方式进行测区倾斜影像数据获取，能够在较短的时间生产高质量、高精度的模型成果，并在此基础上进行大比例尺测图工作。此方式可减少大量外业控制点，将以往需要全野外测绘的测图工作转变为内业加部分外业调绘，大大减轻外业人员劳动强度，提升作业效率，外业采集更自主、更高效，可为建筑立面调查、测量、数据库建设等工作提供更加丰富、真实、时效性强的基础地理信息数据，整体效果远优于传统测绘方式。
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