無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)制作建筑立面圖方法研究

陳志偉

摘要：傳統(tǒng)的立面圖制作是依靠全站儀進(jìn)行采集，這種作業(yè)方式效率低、風(fēng)險(xiǎn)高、成本高，難以解決工期緊的問題。對(duì)于三維激光進(jìn)行立面圖采集，可有效解決效率低的問題，但是三維激光價(jià)格昂貴，獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)噪點(diǎn)多，需要進(jìn)行濾波等相關(guān)操作，對(duì)作業(yè)人員技術(shù)水平要求高，也有一定的局限性。隨著無人機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展以及相機(jī)分辨率的不斷提高，加上攝影測(cè)量軟件算法的不斷優(yōu)化，傾斜攝影建模技術(shù)得到了迅速發(fā)展。傾斜攝影通過多角度全方位的對(duì)地面進(jìn)行拍攝，可以從多個(gè)角度獲取建筑物側(cè)面結(jié)構(gòu)紋理信息，這讓利用模型生產(chǎn)立面圖成了可能。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)傾斜攝影;實(shí)景三維模型;建筑物立面圖

引言

無人機(jī)是一種由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)、無人駕駛可重復(fù)使用的航空器的簡(jiǎn)稱Unmannedaerialvehicle。它具有實(shí)時(shí)定位、使用方便的優(yōu)點(diǎn)。成圖精度受攝像頭分辨率限制，測(cè)繪工期短，尤其在大面積大工程量測(cè)繪時(shí)，該優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)明顯。人工外業(yè)工作量很小，僅需要采集少量外業(yè)像控點(diǎn)或遮擋嚴(yán)重地區(qū)進(jìn)行補(bǔ)測(cè)。成圖速度快，但數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)需要處理大量的信息，比如進(jìn)行航攝影像糾正、空三加密軟件及立體測(cè)圖軟件等，內(nèi)業(yè)工作量相對(duì)加大，且對(duì)電腦軟件配置要求比較高。測(cè)繪產(chǎn)品豐富，一次航測(cè)可制作成DLG、DOM、DEM等多種產(chǎn)品。前期準(zhǔn)備時(shí)間少，工程響應(yīng)時(shí)間迅速。安全性高，受環(huán)境限制少。

1無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)介紹

1.1無人機(jī)傾斜攝影原理

無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量是指在無人機(jī)飛行平臺(tái)上掛載多個(gè)多角度非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)，從空中對(duì)地面進(jìn)行拍攝獲取地面影像數(shù)據(jù)。目前主流的搭配為五鏡頭，即前視、后視、左視、右視和下視，四個(gè)側(cè)視鏡頭主要獲取建構(gòu)筑物側(cè)面紋理信息，這位立面測(cè)量提供了保障。下視鏡頭獲取建筑物的頂部信息，避免航飛過低時(shí)建筑物頂部因重疊度不夠而出現(xiàn)空洞。五鏡頭側(cè)視鏡頭夾角一般呈45度，由等邊直角三角形可知，要完整獲得測(cè)區(qū)邊緣，則航線至少要外擴(kuò)一個(gè)航高。

1.2無人機(jī)傾斜攝影建模流程

1.2.1外業(yè)測(cè)量流程

外業(yè)工作以安全高效完成測(cè)區(qū)拍攝為目的，要注意遮擋物、禁飛區(qū)、風(fēng)速影響、測(cè)區(qū)大小合理性等問題，嚴(yán)格按照技術(shù)要求布置相控點(diǎn)、檢查點(diǎn)，以保證測(cè)繪質(zhì)量。外業(yè)工作與傳統(tǒng)測(cè)繪相比看似簡(jiǎn)單了，但每一步操作都有需要特別注意的事項(xiàng)?，F(xiàn)場(chǎng)踏勘過程中，注意避開高大建構(gòu)筑物，需要在繪制飛行路線時(shí)優(yōu)化布置。像控點(diǎn)布設(shè)則要注意分布均勻，明顯突出于周圍地物。像控點(diǎn)布設(shè)的好壞直接影響到內(nèi)業(yè)成圖質(zhì)量。飛行過程中要時(shí)刻注意電池剩余電量、攝像頭角度、飛行速度等參數(shù)，做好應(yīng)急處理。飛行即將結(jié)束時(shí)，注意落地點(diǎn)是否避開行人、車輛等遮擋物。

1.2.2內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

對(duì)于建筑立面測(cè)圖工作，內(nèi)業(yè)處理起來相對(duì)復(fù)雜一些。傳統(tǒng)空三測(cè)量對(duì)傾斜影像數(shù)據(jù)處理效果不理想，所以需要結(jié)合飛機(jī)傳感器提供的POS外方位元素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合平差，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)的控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)合平差，通過誤差方程解算出影像的外方位元素，以前方交會(huì)的形式求出點(diǎn)位的三維坐標(biāo)。在建模處理成3D模型后，需要在三維測(cè)圖軟件中進(jìn)行數(shù)據(jù)加工，繪制出圖。

2項(xiàng)目實(shí)例

2.1內(nèi)業(yè)三維模型生產(chǎn)

對(duì)獲取的影像成果和POS數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，刪除無效影像，利用勻光勻色軟件，對(duì)全部像片進(jìn)行調(diào)色，利用拖把更名器，對(duì)所有影像進(jìn)行重命名。整理原始像控點(diǎn)數(shù)據(jù)，解算像控點(diǎn)成果。利用ContextCapture軟件自檢校功能，對(duì)少量影像進(jìn)行空三解算，獲得更加精確的相機(jī)參數(shù)?？罩腥菧y(cè)量主要包括自由網(wǎng)平差和帶著控制點(diǎn)的平差，自由網(wǎng)平差理論上是指沒有任何約束的平差，也可以說是帶著POS數(shù)據(jù)的平差。初次平差，主要依據(jù)POS數(shù)據(jù)，解算過程主要包括影像金字塔的創(chuàng)建、特征檢測(cè)、特征提取、特征匹配、圖像相似度計(jì)算、帶著POS數(shù)據(jù)的平差調(diào)整。二次平差，是指帶著像控點(diǎn)的平差，平差的結(jié)果是將POS下的虛擬坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到像控點(diǎn)坐標(biāo)系下，使生產(chǎn)的實(shí)景三維模型具有準(zhǔn)確的坐標(biāo)。

2.2采用儀器設(shè)備及測(cè)圖軟件

該項(xiàng)目采用的測(cè)繪儀器主要有：GPS：本工程采用南方測(cè)繪RTK，支持北斗+GPS等多系統(tǒng)聯(lián)合定位，進(jìn)行像控點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)精確定位。無人機(jī)：本工程采用飛馬D2000多旋翼測(cè)繪無人機(jī)，傾斜五鏡頭相機(jī)拍攝，航片拼圖較少，精度可滿足工程要求。通過手機(jī)端奧維瀏覽器即可制定飛行路線，并可導(dǎo)入到飛馬軟件中，操作簡(jiǎn)單方便。建模軟件：可選擇CongtextCapture等軟件進(jìn)行建模，檢查所有控制點(diǎn)在照片上的位置和坐標(biāo)數(shù)據(jù)，完成空三測(cè)量。

繪圖軟件：需選擇具有立體測(cè)圖模塊的軟件，如CASS-3D、EPS5.0等。此類測(cè)圖軟件是通過加載傾斜影像、垂直影像獲取的實(shí)景表面模型、點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量數(shù)據(jù)采集的測(cè)繪地理信息軟件系統(tǒng)。

2.3EPS軟件立面圖制作

本次立面圖制作使用的是北京清華三維的EPS5.0軟件，該軟件模塊多，功能齊全，可以較好地生產(chǎn)并導(dǎo)出立面圖成果。首先確定要生產(chǎn)立面圖的對(duì)象，然后利用軟件的“模型文件切割”功能，將需要制作立面圖的建筑物從原有模型中分離出來，這樣在采集立面的時(shí)候無遮擋，可使采集的立面圖精度更高。通過調(diào)整透視投影，可以改變查看模型的角度，更有利于立面圖的繪制。

結(jié)語

綜上來看無人機(jī)優(yōu)勢(shì)明顯，能滿足社會(huì)發(fā)展對(duì)數(shù)據(jù)更新的要求，在國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮越來越突出的優(yōu)勢(shì)。需要指出的是在精細(xì)測(cè)繪、變形控制等方面，目前還不能滿足很高精度的要求。但隨著影像技術(shù)和飛行器技術(shù)的發(fā)展，這些問題都會(huì)很快得以解決。目前隨著無人機(jī)分辨率的增強(qiáng)以及續(xù)航能力的提升，該技術(shù)被應(yīng)用在社會(huì)生產(chǎn)的多個(gè)領(lǐng)域。可具體應(yīng)用于農(nóng)村土地確權(quán)、石油管道、輸電線路巡線、礦山資源開發(fā)、地質(zhì)監(jiān)測(cè)等。它很好的解決了傳統(tǒng)測(cè)繪面臨的問題，無人機(jī)航測(cè)成為地形圖測(cè)繪的新趨勢(shì)。

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