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单位：《华东师范大学生态与环境科学学院》， 《景遥（上海）信息技术有限公司》 摘要： 无人机倾斜摄影三维建模为聪慧城市、城市管理和规划树立提供了重要数据基础，本文以上海市黄浦江北岸中心城区为样区，采用飞马D2000无人机和大长焦OP4000倾斜摄影系统，人工模仿数字高程变高飞行，飞行效率提升20%以上；一次性获取高精度（0.03米）高楼林立的中心城区倾斜摄影数据，实景三维模型精度x、y、z 3个方向的规范倾向值分别为0.059米、0.063米和0.088米，契合1:500大比例尺成图的请求。经过三维实景模型，探求了城市实景三维模型在天际线景观和古建筑维护规划设计中的应用，为上海市北外滩改造提供了坚实的数据和科学依据。 关键词： 无人机；倾斜摄影；三维建模；变高飞行； 1 项目背景 随着我国“数字城市”向“聪慧城市”的不时转型升级，以二维矢量数据为主的GIS应用曾经难以满足城市智能管理的需求，所见即所得、愈加直观的城市三维实景管理平台即实景三维中国树立成为“十四五”期间国度基础测绘的重要树立任务,城市三维平台能够为自然资源综合管理和聪慧城市管理提供城市三维底座，为城市规划、管理、消防、应急、生态环境监测等多种范畴提供基础数据和管理平台。因而如何快速、精确的获取天文空间的三维数据，成为实景三维中国树立的重要支撑，无人机倾斜摄影丈量由于其高效灵活的数据获取才干成为倾斜摄影数据获取的重要方式。但和专业航摄仪相比，其载荷轻，相机焦距短。如何在高楼林立、建筑高差大的中心城区获取高分辨率的无人机倾斜摄影影像，成为城市无人机倾斜摄影丈量的技术难点。本研讨采用飞马D2000四旋翼无人机，搭载长焦OP4000(焦距：下视40mm，侧视56mm)倾斜摄影丈量系统，探求特大城市中心城区无人机倾斜摄影丈量的数据获取和实景三维模型的应用。 研讨区位于上海市中心城区黄浦区，与上海市东方明珠和浦东陆家嘴隔江相望、高楼林立，测区范围如图1。
图1 研讨区范围图 如图研讨区位于上海市黄浦江北岸，紧邻南京路，是上海市著名的万国建筑博物馆，高楼林立，其中最高楼为白玉兰中心高320米（见图2a），来福士双塔高260米（见图2b）。其他高于100米的建筑比比即是，因而需求获取高分辨率（优于3cm，航高319米）的无人机倾斜摄影影像，作业难度大。
（a）白玉兰广场（320米）
（b）来福士双塔（260米） 图2 研讨区高建筑照片 02 技术道路 技术道路如图3所示依据上海市外滩区域建筑高度的DSM数据，采用PHOTOMOD数字高程模型对DSM中止编辑，依据航高319米和倾斜摄影航带内和航带间堆叠度，仅仅对楼高320米和260米部分建筑中止变高飞行。 图3 技术道路 03 作业流程 3.1航线规划 依据人工模仿地形中止变高飞行，航线规划飞行高度319米，白玉兰广场最高处飞行高度400 米。航向堆叠度80%，旁向堆叠度70%，如图4所示。采用DSM变高飞行和人工模仿变高航线参数比较如表1所示；模仿DSM变高将飞行最大高度降低了37.5%，变高点减少62个，减少约75.6%。整体飞行效率提升约20%。 表1 DSM变高航线参数对照表
依据DSM变高航线规划
模仿DSM变高航线规划 图4 航线规划 3.2 像控点布设 由于测区处于中心城区，本项目依照每500米一个像控点布设，采用已有斑马线、台阶角点等比较明显的地物标识作为像控标记点，用CORS网络移动站方式的RTK丈量法对像点坐标中止丈量，共布设25个像控点，像控点丈量照片如图5所示。
图5 像控点布设与丈量工作照片 3.3 无人机飞行 由于测区位于上海市中心城区，电磁干扰比较严重，为了坚持飞机和空中站之间的通讯通常，选择高260米,来福士大厦楼顶的直升机停靠站作为起飞点。楼顶起飞具有两个优点：（1）普通城市1km左右飞机和空中战的通讯便会变差，但在来福士广场塔顶能确保飞机通讯正常，便于特情处置，保障飞行保险；（2）由于OP4000的载荷较正射和OP-3000重很多，在260米高的楼顶飞行，能够最大限度的减少无人机爬升阶段的耗电量，提升无人机航测的航线飞行时间。测区面积约5.46平方公里，共飞行4个架次，现场作业照片如图6所示。
图6 现场作业照片 04 结果与应用 4.1 精度评定 为了对模型的几何精度中止评价，选择研讨区内10个检查点中止精度评价。采用样本规范倾向计算总体倾向值，细致公式为： 式中，N为样本总体个数，X为所选择样本的均值。10个检查点在x、y、z 3个方向的规范倾向值分别为0.059m、0.063m、0.088m，规范倾向值契合1∶500大比例尺成图的请求。 4.2 模型应用 4.2.1 上海市外滩天际线景观图 经过沿着黄浦江水道的中心线获取北外滩的侧视图，然后将一切的侧视图拼接成一张上海市外滩天际线景观图如图7～10所示。经过天际线景观图的制造很好的展示了上海市黄埔江北岸，万国建筑博物馆的美丽景观。为上海市城市树立规划和历史建筑维护和展示提供了优秀的素材。 图7 上海市黄浦江西岸天际线全图
图8 上海市黄浦江西岸天际线（南） 图9 上海市黄浦江西岸天际线（中） 图10 上海市黄浦江西岸天际线（北） 4.2.2 历史建筑修复与维护 外滩被称为上海市的万国建筑博物馆，因而如何对其中止维护和修缮是上海市城市树立的重要命题，以1934年英国著名设计师佛兰赛设计的上海大厦（原名Broadway Mansions百老汇大厦）为例，经过无人机航空摄影丈量，我们能够精确取得上海大厦的外立面状况及设计尺寸，能够依据实景三维模型为上海大厦的维护和修缮计划提供可见即可得的修缮效果和维护施工规划如图11所示。
图11 上海历史文化建筑维护和修缮计划（修缮计划由上海建工提供） 05 项目特性及优势总结 本项目位于上海市市中心，高楼林立，电磁环境复杂，在全国聪慧城市和倾斜摄影丈量的应用中具有很好的代表性。本项目发明性的采用人工模仿地形变高飞行计划，分离飞马OP4000大长焦全画幅的性能特性，很好理处置了中心城区一案多飞的问题，既进步了倾斜航空摄影丈量的效率，也保障了数据采集的质量。主要创新点如下： (1) 人工模仿地形变高飞行 将城市建筑高度经过人工优化模仿成地形，然后分离飞马无人机管家变高航线规划设计。很好的处置了无人机城市建模飞行分辨率不统一、一个测区需求依据不同的楼层高度多次飞行的问题。既进步了数据采集的效率，也保障了数据质量； (2) 长焦楼顶起飞 本项目创新的将起飞点设置在260米高的楼顶，不只处置了城市中无人机飞行过程中电磁干扰强的问题，同时也提升了无人机电池航线飞行的运用效率，缩短了空中爬升时间。这主要得益于飞马D2000无人机双天线强抗干扰才干和OP4000大长焦在319米的高空也能取得优于3厘米分辨率的影像，否则在钢筋混凝土铸成的楼顶，很多无人机设备由于磁场干扰无法正常起飞。 (3) 探求实景三维模型的应用场景 本研讨经过城市三维实景模型数据，提取了黄浦江北岸天际线景观，并依据实景三维模型为提出上海大厦建筑维护和修缮计划的，丰厚了实景三维模型的应用场景。 参考文献: [1].李杰,不动产测绘中倾斜摄影丈量技术的应用剖析. 商品与质量, 2020(27): 第168页. [2].贺璐方等,基于倾斜摄影丈量的实景三维建模与精度评定.电子测试, 2021(04): 第35-37页. [3].于丽丽, 基于无人机倾斜摄影丈量技术的城市三维实景建模研讨.测绘与空间天文信息, 2021. 44(05): 第86-88页. [4].冯启翔, 基于无人机倾斜摄影技术的三维实景建模技术研讨.天文空间信息, 2018. 16(08): 第34-37+7页. |
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