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        街道立面改造案例

        發布時間:2020-7-7 15:33:04

        街道立面改造案例


           01  PART  項目背景                                               

        立面改造是伴隨著我國城鎮化進程不斷深入,城市的主體建設已經基本完成,在數量上已經達到了很大的積累,但是在質量上還是有待改進的,部分建筑面臨立面改造的需求,這也將會是城市近期建設過程中的重點項目之一有統計顯示,我國目前約有130億平方米的舊建筑需要進行改造。從經濟可持續發展和綠色環保生態觀出發,相當比例的舊建筑可以通過外立面的改造,達到改觀建筑形象和改善建筑功能等多方面目的,具有十分重要的現實意義。

        傳統立面測量一般采用人工跑點的測量方式,采用全站儀+GPSRTK的技術進行每個農房的調查,其精度較高,但仍有一定的局限性,比如作業效率低、房屋密集不通視、數據成果單一等等。隨著無人機傾斜攝影技術的快速發展,利用傾斜影像建立的高精度實景三維模型生產大比例尺線劃圖已經成為了現實。我公司在積累了相關生產經驗的基礎上,在江蘇泰州某鄉鎮立面測量項目支撐下,利用我們所代理的精靈4RTK無人機傾斜系統對試點區域進行高分辨率傾斜三維數據的獲取1:500比例尺測圖工作,并檢測成果其能否滿足立面調查的高精度項目需求,為后續大面積的立面測量項目新技術的應用提供參考。


           02  PART  項目需求                                                

        1、測區范圍

        本次試點區域隸屬江蘇泰州,位于泰州南部,測區分布大致成“十字架”型,測量面積約0.1km2,測區主體為該鎮兩條主街道兩旁的建筑物,該區域地勢較為平坦,地面要素主要為居民地與道路等,測區范圍如下圖所示:

        2、項目要求

        (1)精度指標

        1:500地形圖精度標準

        (2)項目成果

        測區實景三維模型一套(數據格式為.osgb);

        測區正射影像圖一套(數據格式為.tif);

        測區大比例尺地形圖測圖成果一套(數據格式為*.dwg);

        (3)人員及設備

        ①人員投入

        飛行技術人員與外業測量人員1人,內業編輯人員1人。

        ②儀器設備

        針對本項目的高精度項目需求,我們使用大疆精靈4RTK無人機傾斜測量“井字飛行”的方式進行測區傾斜影像數據的獲取。至于航片POS信息的采集,由于是測試實驗,我們不僅采用了精靈4RTK無人機自帶的實時差分RTK系統來獲取POS信息,同時,我們也使用我公司自主研發生產的“G6 A+”RTK產品在現場進行靜態數據采集,用來后期對航片進行POS解算,最終對這兩套POS系統進行精度比較,致力為客戶提供最優的作業方式參考。由于大疆精靈4RTK配備高精度差分GNSS板卡,支持PPK/RTK及其融合作業模式,所以在實際作業中可大量減少外業控制點或一定條件下可以完全免像控的完成1:500航測成圖。

        (4)數據處理軟件

        數據后處理采用PENPPK(我司自主編寫的差分解算軟件)、ContextCapture、EPS三款軟件,對傾斜影像進行差分解算、空三計算、實景三維模型生產及大比例尺測圖

        。

           03  PART  技術路線                                                

        不同于常規1:500航測成圖精度(一般平面、高程中誤差要求為13cm以內),此次立面調查平面中誤差要求為5cm,精度更高,因此意味著其不管是影像分辨率、控制點布設、數據處理等都有著極為嚴格的要求.本文主要講述項目實施的數據采集、數據預處理、數據生產等幾個階段,并對成果進行精度檢核,最后通過投入的人力與生產周期對整個項目進行效率分析。


           04  PART  項目實施                                                

        1、數據采集

        1)測區踏勘

        踏勘的目的是了解測區的交通情況、行政區劃、控制點分布、地形地貌等情況。通過對測區的踏勘,了解測區內建筑物最大高度,以便我們規劃航線,制定飛行方案,保證飛行作業的安全。

        2)航線設計

        據傾斜的數據處理經驗來看,基于控制點約束,傾斜攝影的模型精度一般是地面分辨率的1.5~2倍,因此為了滿足立面測圖5cm精度需求,傾斜影像應獲取地面分辨率優于3cm的影像數據,且為保障三維模型的生成效果,其航向,旁向重疊度一般建議優于70%,而當測區存在高樓時,則應加大重疊度,保證樓頂的重疊度。對于地形起伏較大的區域,則應根據地形變高飛行,保證測區內大部分地物的分辨率都優于3cm,以此來保證三維模型的效果及精度。結合測區踏勘的情況,設計地面分辨率為2.74cm,航高為100m,航向重疊度為80%,旁向重疊度為75%,預計飛行時間為60分鐘。由于此次測區形狀的特殊性,我們將測區kml范圍線切分為了三部分,依次導入G6 A+ RTK軟件內,根據測區的地形起伏和影像要求,軟件自動生成最佳航線,如下圖1、2


        3)像控點布設

        為滿足平面中誤差5cm的精度需求,通常情況下建議1km2布設25-35個控制點,同時布設部分檢查點,如若太密既浪費人力,物力,也影響后期處理速度,而疏于這個密度的話則可能損失精度。因控制點要應用于后期數據處理,其測量精度須優于3cm,一般需要多次測量取均值,控制點位置一般應選擇在地面起伏不大的地面,盡力避免選擇房角點或帶有高程起伏的角點,以免造成內業人員在刺點時因判斷失誤刺偏導致數據不滿足精度要求。對于精靈4RTK無人機來說,其具備RTK/PPK的融合作業模式,可實現免像控的1:500航測成圖,雖不能滿足5cm精度需求,但可極大減少控制點的布設,軟件通過少量控制點和高精度POS的聯合平差,實現項目高精度數據的獲取需求。

        本項目測區為鄉鎮街道,測區內有部分為瀝青馬路,路面標識清晰。但其他區域均為水泥馬路,沒有明顯地面目標和標志物,故采用布設事前像控的方式,對于瀝青馬路區域,利用其已有的標志地標作為像控點(如圖3),其他區域則采用紅色油漆噴涂“L形”標志作為像控點,要求拐角清晰可見,與地面有明顯色差,易于內業人員判刺。本次項目的我們一共測有6個像控點,大致分布如圖4

        使用G6 A+ RTK連接千尋CORS,并采用平滑采點功能測量像控點點位坐標值,為保證精度控制在2cm以內,每組像控點采集3個測回,每個測回采集10個點,最后計算平均值,每測回完成后應重啟接收機。每組像控點進行拍照記錄,要求照片能夠反映像控點的地形特征,并做好點之記整理工作。


        4)航飛情況

        現場航攝作業時,飛機組裝完成后,要根據“G6 A+ RTK”APP提示進行一系列嚴格的檢查,在確保安全及APP飛行界面左上角出現“起飛準備完畢”的情況下才能升空作業。飛機升空作業后,飛手應在遙控器屏幕對飛機工作狀態進行實時監控,時刻關注電池電量、飛機的飛行姿態、航高及速度等指標。航攝完成后應在現場下對POS數據并對航攝影像進行檢查和整理,確保POS信息無遺漏,影像清晰。


        2、數據預處理

        1)差分解算

        利用中翰PENPPK軟件,對無人接獲取的差分POS觀測數據及基站觀測數據進行融合差分GPS解算,得到相機的精確POS,再通過七參數將WGS84坐標轉換為控制點所在的坐標系,保證坐標系的統一,才能發揮高精度POS的作用。

        2)空三加密

        導入ContextCapture軟件中,加入控制點,手動調整控制點位置,將控制點與空三網聯合平差,優化至合格數值??杖瓿珊?,ContextCapture軟件進行自動化建模作業。

        3、數據生產

        1)高精度實景三維模型生產

        ContextCapture軟件經過格網切塊、構建TIN網白模、自動紋理映射等流程,生產出測區的高精度實景三維模型成果。常規的三維測圖方式,是基于實景三維模型進行的地物采集,若房屋模型結構不完整,幾何精度有問題,則后續測圖成果很難滿足權籍精度要求,因此三維成果的效果及精度檢查至關重要。三維模型成果要求紋理清晰,房屋結構尤其是墻體完整,且墻面應盡可能平整,才能保證后期進入測圖軟件采集的房屋邊線及房屋角點準確,然后采用布設的檢查點進行三維模型的精度檢查,精度合格則進行下一步作業。


        2)正射影像圖制作

        根據實景三維模型與空三成果文件,以Tile為單位進行格網正射與貼圖匹配處理,制作測區正射影像圖(DOM),也可用于后期測圖參考。

        3)內業測圖

        采用清華山維EPS軟件進行測圖作業,將測區高精度實景三維模型、正射影像圖導入軟件,制作工程文件,由作業員通過三維模型及多視角傾斜影像進行點、線、面等矢量信息繪制,并按照國標要求賦予要素屬性信息,采集房屋時可完成房檐改正、房屋層數等屬性錄入。


        4)精度檢核

        測圖工作完成后,需對數字線劃圖的要素精度進行檢驗,檢查采取人工實測的方式對比精度。經檢驗,平面中誤差為0.034m,高程中誤差為0.039m,滿足客戶測繪單位立面調查測量5cm的精度要求。

           05  PART  總結                                                

        本項目采用精靈4RTK無人機井字飛行的方式進行測區傾斜影像數據獲取,能夠在較短的時間生產高質量、高精度的模型成果,并在此基礎上進行大比例尺測圖工作。此方式可減少大量外業控制點,將以往需要全野外測繪的測圖工作轉變為內業加部分外業調繪,大大減輕外業人員勞動強度,提升作業效率,外業采集更自主、更高效,可為建筑立面調查、測量、數據庫建設等工作提供更加豐富、真實、時效性強的基礎地理信息數據,整體效果遠優于傳統測繪方式。




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