倾斜摄影与三维激光点云数据在竣工测绘中的融合应用
倾斜摄影与三维激光点云数据在竣工测绘中的融合应用
随着测绘技术的不断发展，无人机倾斜摄影和三维激光扫描技术在竣工测绘中的应用越来越广泛。本文通过一个幼儿园竣工测绘的具体案例，展示了这两种技术的融合应用，为规划竣工测绘提供了新的解决方案。
技术背景
基于即时定位与地图构建（SLAM）技术的移动式激光扫描设备可快速获取地上地下一体空间结构三维可视化点云数据。但受制于设备采集视角等影响，地面移动扫描设备无法获取屋顶等区域点云数据，导致三维空间数据不够完整。无人机倾斜摄影通过新增多个不同角度镜头，可有效获取具有一定倾斜角度的倾斜影像，尤其适合获取屋顶及地面数据，还原真实世界。
数据采集与处理
徕卡移动背包
徕卡Pegasus：Backpack移动扫描背包主要包括激光扫描仪、光线传感器、全景影像采集系统、惯性导航系统、控制系统、全球定位系统（GNSS）、电源供应系统以及远程平板控制系统等。Pegasus：Backpack外业数据采集过程主要包括设备安装、设备初始化、参数设置以及连续采集等。内业数据处理过程主要包括数据准备、坐标转换、轨迹解算及自动化处理等。
无人机倾斜摄影
无人机倾斜摄影是将航摄仪搭载到无人机上，通过控制一定的航高、重叠度等获取倾斜影像的过程。采用倾斜摄影实景三维建模技术，在统一的空间参考坐标系下，基于分类的点云数据，采用影像融合和自动匹配技术，将倾斜影像自动匹配到相应空间的三维模型骨架上，从而快速生成实景三维模型数据。
数据融合
无人机倾斜摄影反演生成的点云数据及移动三维激光扫描点云数据融合可采用两种方法：一种是绝对坐标转换方法，即将两种点云数据通过坐标转换换算至同一坐标系下；另一种方法是以一种点云为主（目标点云），通过两种点云特征点校正、转换方式匹配到一起。
矢量图绘制
以融合点云数据为基础，对点云进行去噪、抽稀、切片等处理，借助软件Cloudworx插件将点云导入到AutoCAD、EPS等软件绘制线画图，快速获取规划竣工所需二维矢量图。
工程实例分析
某竣工幼儿园由1幢3层建筑物、地下车库及室外活动场地组成。采用无人机倾斜摄影方式获取幼儿园及周边倾斜影像数据，结合幼儿园周边地形及现场条件，采用大疆M300无人机，搭载D-OP400倾斜模块。用徕卡移动背包扫描获取幼儿园地面及地下真彩色点云数据。
数据采集与融合
由于无人机倾斜测量方式在靠近地面处会存在较大的畸变，故选取屋顶及以下一层三维模型反演的点云数据，以移动背包点云作为基准点云，选取6个公共点采用ICP算法转换形成整体点云数据，点云融合中误差为5.3cm。融合效果如图2所示。
数据对比分析
为验证获取的屋顶及以下一层点云数据的精度，均匀选取尺寸关系共10处，与全站仪方式获取的数据进行对比分析。距离及X、Y、Z较差中误差分别为3.5、2.4、2.7、3.0cm，无人机获取的屋顶及以下一层点云数据精度良好。
线画图绘制
以融合后点云数据为基础，对点云进行切片等处理，借助AutoCAD、EPS等软件绘制线画图，如图5、图6所示。
基于无人机倾斜影像与三维激光点云的融合数据可快速提取规划竣工所需的二维矢量图，比如综合竣工平面图、单体竣工平面图、建筑物立面图等，有效解决传统全站仪测绘方式效率低下、地下车库等难以测绘的难题。无人机倾斜摄影与移动背包点云数据的融合有效弥补了移动扫描获取建筑物屋顶、房檐及地面井盖等点云不全的问题，为规划竣工测绘提供了良好借鉴。
结束语
本文基于某竣工幼儿园规划竣工项目，分别采用无人机倾斜摄影及徕卡移动背包三维激光扫描仪获取其“点云+影像”数据，将无人机屋顶点云数据及移动背包点云数据进行转换、融合，获取幼儿园及其周边区域的整体点云，实现两种采集方式的优势互补。同时，将此数据与全站仪获取的坐标、尺寸数据进行对比分析，验证了此数据有效性和可靠性，并给出了具体的应用建议，为类似应用提供了借鉴。
本文原文来自《北京测绘》期刊