微型無人機三維傾斜攝影測量建模實驗綜述報告

安徽交通職業技術學院 土木工程系，安徽 合肥 230051

0 引言

隨著測繪技術日新月異，無人機三維傾斜攝影測量技術給測繪行業帶來的新的轉折點。三維傾斜攝影測量是基于無人機上搭多種傳感器，對地物地貌獲取空間地理及紋理等相關信息，通過后期建模軟件進行實景重建，可生產出高精度實景模型及4D 測繪產品，它具有響應速度快，應用領域廣，測繪成果多樣化，為數字城市建設提供了載體，為數字化成圖提拱了高效精準的模型［1-2］。三維傾斜攝影測量這項技術由于在高校實驗環節還沒有完全推廣，故結合生產經驗及相關的理論填寫了這塊空白。本實驗用消費級單鏡頭4 旋翼微型無人機代替專業型五鏡頭多旋翼無人機進行實驗，其作業原理都是一樣，這樣在高校實驗教學環節中即達到教學的目又具有一定的安全性和經濟性。

1 實驗內容

（1）像控點布設；

（2）Altizure Beta APP 飛控參數及飛行航線設定；

（3）三維實景建模。

2 實驗目的和原理

2.1 實驗目的

（1）認識微型無人機三維傾斜攝影測量建模的意義及用途；

（2）了解微型無人機三維傾斜攝影測量建模的原理；

（3）掌握微型無人機三維傾斜攝影測量建模的內外業操作過程及建模后精度的評定。

2.2 實驗原理

以無人機為飛行平臺搭載相機及GPS/IMU（Global Positioning System/Inertial Measurement Unit）模塊等多個傳感器，對地面地物地貌采集1 個垂直方向和4 個傾斜方向的高分辨率的影像數據及準確的POS（Position and Orientation System）數據，包含了地物地貌空間地理相關信息及紋理信息等［3-4］。再通過Context Capture、DP-Modeler、Photo Mesh 等傾斜測量建模軟件平臺進行內業處理，從影像匹配、空中三角測量計算、密集匹配到三角網構建、紋理映射先后5個過程最終得到高精度的真實的三維影像模型及4D 測繪產品（DOM、DEM、DRG、DLG）［5］。

3 實驗儀器

GNSS-RTK（Real-time kinematic of the Global Navigation Satellite System）1 套；大疆單鏡頭微型無人機御Air 1 套；電腦1 臺；油漆；毛筆；三維建模軟件Context Capture 1 套。

4 實驗步驟

4.1 外業

（1）布設像控點：在建模區域的四角及中間位置附近布置像控點，點間距約100 米。像控點用油漆涂描成圖1 形狀或“L”形狀，筆畫寬度或圓圈內圓點直徑約5cm，并寫上編號，如圖2，對不同角度進行拍照方便內業刺點。或網購成品像控點標志擺放到所選的位置上，如圖3。

圖1 像控點標志

圖2 像控點標志

（2）測量像控點：GNSS（Global Navigation Satellite System）連接CORS（Continuously Operating Reference Stations），測量5個像控點大地坐標。

（3）無人機安檢：打開DJGO 4 手機APP 軟件連接無人機，自動進行無人機各項安全檢查。如有紅色提示表示某項功能需要校正或檢查。

（4）飛控參數設置：打開Altizure Beta APP 軟件，以高德影像地圖為底圖設定飛行范圍；進入設置參數界面進行設定：航高40 m（確保最低安全高度及影像分辨率）；航向、旁向重疊率85%（65%-85%）如圖4；鏡頭傾斜角（1 個0°，4 個40°）如圖4參數設置，自動生成5 條航線圖，如圖5 正拍航線、圖6 前斜拍航線、圖7 后斜拍航線、圖8 左斜拍航線、圖9 右斜拍航線。

圖3 參數設置

圖4 正拍航線

圖5 前斜拍航線

圖6 后斜拍航線

圖7 左斜拍航線

圖8 右斜拍航線

（5）影像采集：無人機按照設定的航高，航向和旁向重疊率和鏡頭傾斜角進行5 條航線自動航拍作業，任務結束后自動返航到起飛點。

4.2 內業

4.2.1 數據導出：

將無人機拍攝照片及像控點坐標導入到電腦中。

4.2.2 數據處理：

（1）新建項目：運行Context Capture Center Master軟件，建立工程項目。

（2）影像匹配：添加航拍照片，并自檢像片是否缺失。

（3）添加控制點：打開添加控制點窗口，找到相應的像控點照片（至少相鄰3 張）。準確刺點并輸入外業GNSS-RTK 測量的大地坐標，并對投影帶相關參數進行設置。

（4）空三計算：啟動空三運算引擎軟件Context Capture Center Engine，進行空三計算。

（5）實景建模：先進行自動密集匹配DSM（Digital Surface Model），再構建TIN（Triangulated Irregular Network）模型，并生成白模，再生成3D 紋理映射，最后自動生產真三維模型。

4.2.3 檢查并生成報告

（1）通過報告檢查空三平差精度

（2）通過三維模型可以量測若干個地物點距與現場對應的地物點距進行比對誤差大小。

5 實驗成果

實驗結束后應提交以下資料：

（1）外業采集數據：航拍影像照片、像控點大地坐標文件、飛控參數設置記錄及像控點布設時點位照片。

（2）內業處理資料：空三計算精度報告、三維模型osgb 格式文件及正身影像DOM（Digital Orthophoto Map）文件等成果資料。圖10 為教學樓建模作業區域生產的三維模型成果。

（3）檢查資料：三維模型上量取的地物點距與現場地物點距比對誤差表。

6 實驗注意事項

（1）作業前應查詢飛行區域空管安全信息。

（2）無人機起飛前應檢查4 個螺旋漿是否安裝牢固，漿葉是否老化或破損。

（3）無人機打開電源前先打開無人機搖控器開關，停飛后先關掉無人機電源再關掉無人機搖控器開關。

（4）作業前一定要試飛30 s，目測無人機是否正常。

（5）起飛時和降落時無人機離人保持5 m 以上的距離。

（6）像控點測量時GNSS-RTK 對中桿一定要扶直，確保采集坐標準確。

（7）地面做像控點標志時一定要規范。

（8）內業像片刺點時一定要準確，相應的坐標值輸入確保無誤。