無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在大比例尺地形圖測(cè)圖中的精度分析

邢曉平 畢進(jìn)超

【摘 ?要】三維模型的數(shù)字化過(guò)程對(duì)模型精度和數(shù)字信息采集精度都有極高的要求。本文結(jié)合工程實(shí)踐數(shù)據(jù)，開(kāi)展了無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量實(shí)驗(yàn)：借助MapMatrix 3D軟件分析了無(wú)人機(jī)傾斜攝影空中三角測(cè)量的精度，并分析了傾斜攝影測(cè)量獲得的密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)在大比例尺地形圖中的精確度。

【關(guān)鍵詞】無(wú)人機(jī);傾斜攝影測(cè)量;三維立體模型;精度分析

引言

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的突飛猛進(jìn)，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷推進(jìn)，各個(gè)行業(yè)都對(duì)測(cè)繪的現(xiàn)勢(shì)性和精細(xì)度方面提出了更高的要求，傳統(tǒng)的測(cè)量手段已不能完全滿足社會(huì)的需要。目前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)將無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)作為現(xiàn)下一階段的熱門(mén)課題，無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量系統(tǒng)已經(jīng)在地形圖繪制、環(huán)境災(zāi)害治理、土地利用和恢復(fù)、交通、應(yīng)急救援等一系列重要的領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在大比例尺地形圖測(cè)圖精度的研究中，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)于無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在大比例尺測(cè)圖中的精度研究還沒(méi)有完全開(kāi)展。因此，對(duì)于無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量三維模型的精度分析研究具有極高的生產(chǎn)價(jià)值和科學(xué)價(jià)值。

1.無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量原理及技術(shù)流程

1.1無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量原理

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是利用一組垂直鏡頭和四組角度不同的傾斜鏡頭來(lái)進(jìn)行攝影測(cè)量，從而得到包括重疊度、航向、航速等一系列信息，通過(guò)內(nèi)業(yè)相應(yīng)軟件生成三維模型。無(wú)人機(jī)的發(fā)展使傾斜攝影測(cè)量技術(shù)得到了飛速發(fā)展，通過(guò)獲得的五個(gè)角度的影像信息，可以減少遮擋物的影響，而且對(duì)于重疊區(qū)域的拍攝可以有效提高三維模型的信息特征。

1.2技術(shù)流程

2.工程實(shí)例

2.1研究區(qū)概況

此次研究區(qū)位于威海市臨港區(qū)窯夼村東北，介于東經(jīng)122°02′38″至122°02′59″，北緯37°20′48″至37°21′01″之間，面積約0.15平方公里。西邊與孫家溝村相鄰，南邊與窯夼村相鄰，屬于丘陵地形，海拔高度相對(duì)較大。

2.2像控點(diǎn)布設(shè)

在測(cè)區(qū)內(nèi)均勻布設(shè)并采集4個(gè)像控點(diǎn)，其均勻布設(shè)在測(cè)區(qū)地勢(shì)平坦且易到達(dá)的區(qū)域，覆蓋整個(gè)測(cè)區(qū)。

2.3三維實(shí)景模型制作

Context Capture軟件是一款優(yōu)秀的攝影測(cè)量建模軟件。利用三維重建算法，經(jīng)過(guò)空中三角測(cè)量、密集匹配、紋理映射等過(guò)程對(duì)影像進(jìn)行處理，即可構(gòu)建三維模型。

此次野外共采集影像825張，其中包括豎直影像165張，其他四個(gè)方向的傾斜影像共計(jì)660張。對(duì)照片及pos數(shù)據(jù)進(jìn)行檢核，數(shù)據(jù)質(zhì)量準(zhǔn)確實(shí)用，可以進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理。此次內(nèi)業(yè)處理采用的是Context Capture軟件，這款軟件對(duì)數(shù)據(jù)處理的自動(dòng)化程度比較高，不需要過(guò)多的人工參與，人工占用時(shí)間比較多的是控制點(diǎn)的刺點(diǎn)，可生成效果比較好的三維模型，因此本實(shí)驗(yàn)采用這款軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2.4精度評(píng)定

在測(cè)區(qū)內(nèi)里利用RTK采集4個(gè)野外控制點(diǎn)坐標(biāo)，進(jìn)行空中三角測(cè)量定向點(diǎn)的精度評(píng)價(jià)，同時(shí)利用RTK測(cè)得了8個(gè)檢查點(diǎn)坐標(biāo)作為空三測(cè)量精度的檢核點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行檢核點(diǎn)的精度評(píng)價(jià)。

在三維模型上測(cè)定4個(gè)定向點(diǎn)的坐標(biāo)，計(jì)算定向點(diǎn)坐標(biāo)的殘差，統(tǒng)計(jì)如下表所示。

計(jì)算可得定向點(diǎn)平面中誤差為0.069m，高程中誤差為0.12m。1：500丘陵地區(qū)平面定向點(diǎn)中誤差最大限差為0.13m，高程中誤差最大限差為0.2m。說(shuō)明空中三角測(cè)量定向點(diǎn)的平面和高程精度均滿足丘陵地區(qū)1：500三維模型生產(chǎn)最大限差要求。

在三維模型上定出8個(gè)檢查點(diǎn)的坐標(biāo)，計(jì)算檢查點(diǎn)坐標(biāo)的殘差，統(tǒng)計(jì)如下表所示。

計(jì)算檢查點(diǎn)平面中誤差為0.097m，高程中誤差為0.142m。1：500丘陵地檢查點(diǎn)平面中誤差最大限差為0.175m，高程中誤差最大限差為0.28m。說(shuō)明空中三角測(cè)量檢查點(diǎn)的平面和高程精度均滿足丘陵地區(qū)1：500三維模型生產(chǎn)最大限差要求。

3.結(jié)論

精確、直觀、快速的測(cè)繪方式一直是大比例尺測(cè)繪圖中的重點(diǎn)，也一直是測(cè)繪領(lǐng)域的重要課題。本文以威海市臨港區(qū)窯夼村東北測(cè)區(qū)的廢棄采石場(chǎng)為研究對(duì)象，利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行高精度三維建模，通過(guò)RTK實(shí)地測(cè)量控制點(diǎn)坐標(biāo)和檢查點(diǎn)坐標(biāo)，與模型實(shí)際量測(cè)值對(duì)比進(jìn)行精度分析，可以看出無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量完全能夠滿足大比例尺測(cè)圖精度要求。無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)具有更加精確、直觀、快速的優(yōu)點(diǎn)，相信在以后的地理信息產(chǎn)業(yè)中能發(fā)揮更大的作用。

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