大疆P4RTK傾斜攝影案例
in 無(wú)人機(jī)測(cè)繪
中科智航基于大疆P4RTK傾斜攝影案例分析 摘要：針對(duì)多鏡頭測(cè)繪級(jí)無(wú)人機(jī)價(jià)格昂貴、技術(shù)門檻較高的問(wèn)題，本文提出利用消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)獲取的傾斜影像制作大比例尺地形圖的方法。該方法運(yùn)用消費(fèi)級(jí)單鏡頭無(wú)人機(jī)，在RTK輔助的前提下，采用低空飛行、井字形航線設(shè)計(jì)、高重疊率的作業(yè)方案，配以高精度像控點(diǎn)、立體測(cè)圖方法改進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)大比例尺數(shù)字測(cè)圖。 1 引言 隨著科技不斷發(fā)展，測(cè)繪技術(shù)不斷更新，地形圖測(cè)量方法由傳統(tǒng)平板白紙測(cè)圖、經(jīng)緯儀測(cè)圖發(fā)展到現(xiàn)在的全站儀、GNSS、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量等技術(shù)方法進(jìn)行數(shù)字化成圖，在精度和效率上都有很大提高。近年來(lái)，天、空、地一體化測(cè)繪技術(shù)飛速發(fā)展，傾斜攝影就是其中的一種，它推動(dòng)了地形測(cè)量向高科技、立體圖形、內(nèi)業(yè)測(cè)繪方向革命性的變化。 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)[1]具有多種特點(diǎn):①立體成果真實(shí)，對(duì)于地面周圍的反映符合人類感知[2];②為建模提供真實(shí)、豐富的紋理信息;③可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量。同時(shí)，無(wú)人機(jī)作為一種新型的低空遙感對(duì)地觀測(cè)手段，具有易于操控、獲取影像周期短、作業(yè)機(jī)動(dòng)性強(qiáng)等特性[3]。基于上述特點(diǎn)，利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)獲取實(shí)景三維模型，有效避免傳統(tǒng)作業(yè)方式強(qiáng)度大、效率低、周期長(zhǎng)和重復(fù)測(cè)量等弊端，極大提升了生產(chǎn)效率，應(yīng)用前景廣泛。 2 設(shè)備選擇及技術(shù)路線 2. 1 設(shè)備及軟件本文論述無(wú)人機(jī)傾斜影像獲取利用精靈 Phantom 4 RTK進(jìn)行航攝，精靈 Phantom 4 RTK 是一款小型多旋翼高精度航測(cè)無(wú)人機(jī)，面向低空攝影測(cè)量應(yīng)用，具備厘米級(jí)導(dǎo)航定位系統(tǒng)和高性能成像系統(tǒng)，便攜易用，全面提升航測(cè)效率。相機(jī)影像傳感器：1英寸COMS，有效像素2000萬(wàn)（總像素2048萬(wàn)），相機(jī)鏡頭：FOV84° 8.8mm/24mm(35mm格式等效）。實(shí)景模型制作采用Smart 3D 軟件進(jìn)行空中三角測(cè)量及全自動(dòng)三維建模。2. 2 技術(shù)路線根據(jù)無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的技術(shù)特點(diǎn)及相關(guān)要求制定作業(yè)流程，如圖1 所示，本文對(duì)航攝外業(yè)及三維建模不作詳細(xì)論述。 圖1 技術(shù)路線 3 工程應(yīng)用案例 項(xiàng)目概況應(yīng)用案例選取九臺(tái)大學(xué)生創(chuàng)業(yè)園、長(zhǎng)春市九臺(tái)區(qū)土們嶺鎮(zhèn)、吉林市吉林化纖實(shí)業(yè)集團(tuán)等3 個(gè)竣工測(cè)繪項(xiàng)目作為傾斜攝影生產(chǎn)應(yīng)用研究對(duì)象，全要素采集房屋、道路、花圃、梯坎等地形圖基本要素和規(guī)劃竣工信息，其傾斜攝影實(shí)景模型如圖2～ 圖4 所示: 圖2長(zhǎng)春市九臺(tái)區(qū)土們嶺鎮(zhèn) 圖3 九臺(tái)大學(xué)生創(chuàng)業(yè)園 圖4 吉林化纖實(shí)業(yè)集團(tuán)4空中三角測(cè)量 空中三角測(cè)量利用外業(yè)采集的影像、POS信息，通過(guò)建模獲得所有影像的外方位元素，再通過(guò)多視影像密集匹配，自動(dòng)獲取高密度三維點(diǎn)云信息?？罩腥菧y(cè)量步驟主要分為多視影像密集匹配及自由網(wǎng)空三、像控點(diǎn)判刺、絕對(duì)網(wǎng)空三解算等。多視影像密集匹配及自由網(wǎng)空三步驟基于同名特征點(diǎn)信息進(jìn)行自動(dòng)匹配解算，基本無(wú)需人工干預(yù)。本文空中三角測(cè)量采用ContextCapture軟件進(jìn)行處理。密集匹配575965個(gè)連接點(diǎn)，連接圖如圖5-圖7所示。 圖5 長(zhǎng)春市九臺(tái)區(qū)土們嶺鎮(zhèn) 圖6 九臺(tái)大學(xué)生創(chuàng)業(yè)園 圖7吉林化纖實(shí)業(yè)集團(tuán) 5三維建模 三維自動(dòng)建?；诟呙芏赛c(diǎn)云構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)，對(duì)不規(guī)則三角網(wǎng)進(jìn)行自動(dòng)紋理映射，生成基于真實(shí)影像紋理的三維實(shí)景模型。生成的模型包含了高密度點(diǎn)云、不規(guī)則三角網(wǎng)、真實(shí)影像紋理3種信息。生成的傾斜三維模型成果的精度直接決定了最終成圖的精度，三維建模成果如圖8-圖10所示。 圖8 長(zhǎng)春市九臺(tái)區(qū)土們嶺鎮(zhèn) 圖9 九臺(tái)大學(xué)生創(chuàng)業(yè)園 圖7吉林化纖實(shí)業(yè)集團(tuán) 6結(jié)束語(yǔ) 本文分析了基于大疆精靈4RTK版無(wú)人機(jī)的單鏡頭傾斜攝影測(cè)量方法，提出了低空飛行、井字形飛行、較高的重疊度、改進(jìn)的立體測(cè)圖方法等方案。以九臺(tái)大學(xué)生創(chuàng)業(yè)園、長(zhǎng)春市九臺(tái)區(qū)土們嶺鎮(zhèn)、吉林市吉林化纖實(shí)業(yè)集團(tuán)為試驗(yàn)區(qū)域，結(jié)果證明，該方案可以滿足地籍圖測(cè)繪的精度要求。但仍有一定局限性亟待解決，主要表現(xiàn)在以下幾方面: (1)基于荷載限制及飛行安全考慮，目前無(wú)人機(jī)電池的續(xù)航能力成為傾斜攝影技術(shù)推廣的限制條件，提高無(wú)人機(jī)單架次作業(yè)時(shí)間將大幅提高該方法的應(yīng)用效率。 (2) 由于傾斜攝影模型是對(duì)地物地貌表面的模擬，植被覆蓋、房屋遮擋等一些拍攝死角或關(guān)聯(lián)點(diǎn)不足的地方，全自動(dòng)建模時(shí)容易產(chǎn)生模型扭曲變形;匹配截面過(guò)小的地物，如路燈、電桿，容易產(chǎn)生模型缺失，需采用其他方式加以補(bǔ)充處理[7]。 (3)地形要素的提取還不是全自動(dòng)，需要輔助人工識(shí)別，容易出現(xiàn)誤判和漏判，需進(jìn)一步研究對(duì)軟件二次開(kāi)發(fā)，提升海量數(shù)據(jù)快速提取、自動(dòng)識(shí)別的能力。