中科智航基于大疆P4RTK傾斜攝影案例分析

摘要：針對多鏡頭測繪級無人機(jī)價(jià)格昂貴、技術(shù)門檻較高的問題，本文提出利用消費(fèi)級無人機(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)級單鏡頭無人機(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)、立體測圖方法改進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)大比例尺數(shù)字測圖。

1 引言

隨著科技不斷發(fā)展，測繪技術(shù)不斷更新，地形圖測量方法由傳統(tǒng)平板白紙測圖、經(jīng)緯儀測圖發(fā)展到現(xiàn)在的全站儀、GNSS、數(shù)字?jǐn)z影測量等技術(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，天、空、地一體化測繪技術(shù)飛速發(fā)展，傾斜攝影就是其中的一種，它推動了地形測量向高科技、立體圖形、內(nèi)業(yè)測繪方向革命性的變化。

傾斜攝影測量技術(shù)[1]具有多種特點(diǎn):①立體成果真實(shí)，對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)高精度測量。同時(shí)，無人機(jī)作為一種新型的低空遙感對地觀測手段，具有易于操控、獲取影像周期短、作業(yè)機(jī)動性強(qiáng)等特性[3]?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，利用無人機(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、周期長和重復(fù)測量等弊端，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無人機(jī)，面向低空攝影測量應(yīng)用，具備厘米級導(dǎo)航定位系統(tǒng)和高性能成像系統(tǒng)，便攜易用，全面提升航測效率。相機(jī)影像傳感器：1英寸COMS，有效像素2000萬（總像素2048萬），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)行空中三角測量及全自動三維建模。

2. 2 技術(shù)路線

根據(jù)無人機(jī)傾斜攝影測量的技術(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)用案例選取九臺大學(xué)生創(chuàng)業(yè)園、長春市九臺區(qū)土們嶺鎮(zhèn)、吉林市吉林化纖實(shí)業(yè)集團(tuán)等3 個(gè)竣工測繪項(xiàng)目作為傾斜攝影生產(chǎn)應(yīng)用研究對象，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長春市九臺區(qū)土們嶺鎮(zhèn)

圖3 九臺大學(xué)生創(chuàng)業(yè)園

圖4 吉林化纖實(shí)業(yè)集團(tuán)

4空中三角測量

空中三角測量利用外業(yè)采集的影像、POS信息，通過建模獲得所有影像的外方位元素，再通過多視影像密集匹配，自動獲取高密度三維點(diǎn)云信息?？罩腥菧y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)行自動匹配解算，基本無需人工干預(yù)。

本文空中三角測量采用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 長春市九臺區(qū)土們嶺鎮(zhèn)

圖6 九臺大學(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

三維自動建?；诟呙芏赛c(diǎn)云構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)，對不規(guī)則三角網(wǎng)進(jìn)行自動紋理映射，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 長春市九臺區(qū)土們嶺鎮(zhèn)

圖9 九臺大學(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

本文分析了基于大疆精靈4RTK版無人機(jī)的單鏡頭傾斜攝影測量方法，提出了低空飛行、井字形飛行、較高的重疊度、改進(jìn)的立體測圖方法等方案。以九臺大學(xué)生創(chuàng)業(yè)園、長春市九臺區(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，全自動建模時(shí)容易產(chǎn)生模型扭曲變形;匹配截面過小的地物，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，需要輔助人工識別，容易出現(xiàn)誤判和漏判，需進(jìn)一步研究對軟件二次開發(fā)，提升海量數(shù)據(jù)快速提取、自動識別的能力。