【技術(shù)】無人機傾斜攝影測量技術(shù)在超高層建筑竣工測量中的應(yīng)用

摘 要:以山東省濟南市國家重型汽車工程技術(shù)研究中心(簡稱為濟南市國家重汽研究中心)超高層建筑為研究對象，給出了超高層建筑竣工測量技術(shù)流程，提出了利用無人機傾斜攝影測量技術(shù)實現(xiàn)超高層建筑竣工測量方法并加以驗證。結(jié)果表明，利用無人機傾斜攝影測量技術(shù)可以高效地獲取竣工測量所需的成果，包括高度、建筑面積、總平面竣工地形圖等，且成果可靠，能夠滿足竣工測量精度要求。

關(guān)鍵詞:超高層建筑 無人機傾斜攝影測量技術(shù) 全站儀 GPS 竣工測量

高度超過100 m或?qū)訑?shù)超過40層的建筑稱為超高層建筑。超高層建筑奇異的體形結(jié)構(gòu)、復(fù)雜的建筑工藝、特殊的建筑材料、超常規(guī)的建筑高度、較小的側(cè)向剛度等在彰顯城市個性、美化城市景觀的同時，也給建設(shè)工程竣工測量帶來極高的技術(shù)難度。

蔣利龍等研究了測量機器人在超高層建筑豎向投測的可行性，李旺民研究了基于CORS平臺的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)在竣工驗收測量中的應(yīng)用，謝宏全等研究了利用三維激光掃描技術(shù)進行異形建筑物竣工測量的優(yōu)越性。無人機具有機動靈活、高效快速、精細準確、作業(yè)成本低、使用范圍廣等特點，在大比例尺地形圖測繪、地籍測圖、海島礁測繪、城市應(yīng)急測繪保障等領(lǐng)域的優(yōu)勢日益突出，但在竣工測量領(lǐng)域，尤其是超高層建筑竣工測量中的應(yīng)用還鮮見。本文以山東省濟南市國家重型汽車工程技術(shù)研究中心(簡稱為濟南市國家重汽研究中心)超高層建筑項目為例，通過對建筑工程竣工測量成果，如高度、建筑面積、總平面竣工地形圖等施測，驗證了無人機低空攝影測量在超高層建筑竣工測量中應(yīng)用的可行性。

1 超高層建筑竣工測量實施技術(shù)流程

濟南市國家重汽研究中心由科研綜合樓和汽車展庫兩部分組成，科研綜合樓塔樓建筑設(shè)計高度173.3 m，外觀采用弧線三角形設(shè)計，建筑輪廓由復(fù)雜曲線構(gòu)成，每層輪廓曲線各異，曲率半徑自標準層向上逐層縮小;建筑結(jié)構(gòu)外輪廓采用弧形倒角處理，外墻采用金屬幕墻和玻璃幕墻適應(yīng)弧形曲線設(shè)計的凹進和凸出線條;弧形結(jié)構(gòu)占建筑總體的80%，外圈框架梁和部分內(nèi)連梁均為由多圓心控制的多曲線弧形梁，內(nèi)部空間布局復(fù)雜。該工程項目竣工建筑物單體12棟，總建筑面積15.8萬m2。科研綜合樓塔樓穹頂高度高，地面架設(shè)儀器無法構(gòu)成直接測頂?shù)囊暰€，穹頂最高點高度施測難度大;金屬幕墻、玻璃幕墻反光效果差，全站儀特征點采集施測難度大;建筑弧形輪廓設(shè)計，各層輪廓曲線各異，造成外業(yè)采集數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)層級多，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理效率低，數(shù)據(jù)入庫復(fù)雜等特點，利用無人機傾斜攝影測量技術(shù)結(jié)合全站儀、測距儀、GPS等多測繪手段實現(xiàn)超高層建筑竣工測量。

2 超高層建筑竣工測量的實施

為了實現(xiàn)濟南市國家重汽研究中心建筑物竣工測量，利用JNCORS系統(tǒng)進行網(wǎng)絡(luò)RTK測量。作業(yè)前首先對已知控制點進行檢核，檢測已知點的平面位置差值≤±5 cm，高程差值≤±5 cm。作業(yè)時，采用Leica GS12型GPS接收機，采用三腳架架設(shè)天線進行作業(yè)，采用濟南城區(qū)測量參數(shù)進行參數(shù)配置，各控制點觀測測回數(shù)不少于3個，各測回觀測時間間隔不小于60 s，觀測歷元數(shù)不少于30個，觀測GPS衛(wèi)星數(shù)5~10顆，采樣間隔為1 s，PDOP(位置精度因子)值最大為4.420。采用固定解進行解算，解算成果測回間平面坐標分量較差最大值0.017 m，高程較差最大值0.027 m，平面點位精度最大值0.020 m，高程精度最大值0.030 m，各項數(shù)據(jù)滿足規(guī)范要求。完成控制點布設(shè)和測量后，對控制點距離和坐標利用全站儀后視定向方法檢測。全站儀獲取數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)的平面坐標分量較差最大值為0.019 m，高程較差最大值為0.029 m，實量邊長與反算邊長較差的相對誤差≤1/10 000，滿足技術(shù)設(shè)計要求。

2.1 高度測量

建筑物穹頂高度高，施測難度大，采用電磁波測距三角高程測量方法、全站儀對邊測量方法和無人機傾斜攝影測量技術(shù)分別對建筑物最高點進行高度測量，并進行對比分析。為提高測量精度，保證成果質(zhì)量，電磁波測距三角高程測量時，采用變換儀器高或覘標高法測量兩次，兩次較差不大于100 mm時，取均值作為最終觀測成果。全站儀對邊測量時，充分發(fā)揮其無需定向、可選擇最佳觀測角度、測量精度高等優(yōu)勢，在科研綜合樓周邊建筑上設(shè)站，以減少測站與目標間的高差，提高測量精度。無人機傾斜攝影測量采用基于空間后方交會模型的試驗場檢校法進行相機檢校，然后進行航空攝影獲取高分辨率影像，采用航測法進行空三加密，生成DEM、DOM、點云數(shù)據(jù)及實景三維模型，然后根據(jù)實景三維模型進行建筑物高度量測，獲取科研綜合樓高度。表 1給出了不同測量手段獲取的穹頂最高點成果。

表 1 不同測量手段穹頂高度成果對比表/m

2.2 平面位置和建筑面積測量

濟南市國家重汽研究中心具有弧形輪廓設(shè)計，以及玻璃幕墻、金屬幕墻反射強等特點，本文選取該建筑標準層為對象，利用傳統(tǒng)全站儀激光免棱鏡測量手段采集建筑物的特征點，根據(jù)采集點位擬合出建筑物外形輪廓，確定建筑物平面位置, 并進行面積計算校核，見圖 2。此外，基于無人機傾斜攝影測量生成正射影像圖和實景三維模型，分別提取建筑物標準層外輪廓線，計算建筑物面積。無人機采集的點云數(shù)據(jù)如圖 1所示，獲取建筑物輪廓見圖 2，獲取的標準層建筑面積成果對比見表 2。

圖 2 全站儀、無人機獲取的建筑物外輪廓成果

圖 1 無人機攝影測量采集的點云

表 2 不同測量方法成果對比(標準層建筑面積)/m2

從圖 1、圖 2及表 2看出，無人機攝影測量技術(shù)與傳統(tǒng)的全站儀測量手段擬合效果及面積計算吻合較好，且無人機攝影測量技術(shù)效率高，采集信息豐富。

2.3 竣工圖制作和入庫

完成外業(yè)數(shù)據(jù)采集與編輯后，利用南方CASS9.0及后續(xù)升級版本進行設(shè)計圖紙校核、成果圖紙編繪;利用Auto CAD二次開發(fā)VBA程序進行數(shù)據(jù)提取與Excel表格進行對照，多表格嵌套比對的方式開展計算與檢查工作;對CASS 9.0進行二次開發(fā)，形成生產(chǎn)自動化解決方案——CASS竣工測量版制作總平面竣工圖(如圖 4所示)和面積圖;利用EPS2008地理信息工作站進行地形圖入庫更新等。

圖 4 建設(shè)工程竣工建筑平面圖

3 結(jié)束語

本文以濟南市國家重汽研究中心超高層建筑竣工測量為例，通過將無人機傾斜攝影測量技術(shù)與全站儀、GPS測量結(jié)合對比得出：全站儀只能以單點形式獲取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集工作量大;無人機傾斜攝影測量技術(shù)可直接獲取掃描對象的空間點云數(shù)據(jù)，建立空間立體模型，外業(yè)工作量小，效率高。通過數(shù)據(jù)對比，利用無人機傾斜攝影測量技術(shù)可以高效地獲取竣工測量所需的各項內(nèi)容，包括高度、建筑面積、總平面竣工地形圖等，對超高層建筑竣工測量做出有益探索。

參考文獻：略

來源：《測繪地理信息》