無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)的三維建模與精度分析

劉 振

(湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽 421002)

1 概述

傾斜攝影測量技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)飛速發(fā)展的技術(shù)結(jié)晶，由于其在精度以及效率方面優(yōu)勢突出，被當(dāng)今社會生產(chǎn)建設(shè)的許多領(lǐng)域廣泛利用。相較于傳統(tǒng)測量技術(shù)的不同，傾斜攝影測量主要就是在無人機(jī)設(shè)備上安裝數(shù)據(jù)采集攝像頭及探測傳感器，對外形復(fù)雜的目標(biāo)進(jìn)行外觀掃描及數(shù)據(jù)信息采集分析。但隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展與信息技術(shù)的進(jìn)步，使得無人機(jī)遙感技術(shù)與前傾斜攝影測量技術(shù)可以更完美的結(jié)合并應(yīng)付更復(fù)雜的情況，使應(yīng)用范圍更大，對復(fù)雜情況的適應(yīng)能力更強(qiáng)，在測量精準(zhǔn)度方面提升效果非常明顯。

2 無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)介紹

無人機(jī)傾斜攝影測量主要是通過無人機(jī)遙感技術(shù)與傾斜攝影測量兩種技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

2.1 無人機(jī)遙感技術(shù)

即通過無線電操控安裝有拍攝設(shè)備的無人機(jī)，按照預(yù)定任務(wù)航線航行拍攝測量目標(biāo)，快速大量的獲取目標(biāo)物的表面數(shù)據(jù)信息，同時(shí)將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)降孛嬖O(shè)備進(jìn)行分析處理、建立模型，在現(xiàn)代測量領(lǐng)域應(yīng)用優(yōu)勢明顯。

2.2 傾斜攝影測量技術(shù)

傾斜攝影測量技術(shù)利用裝有多鏡頭高清相機(jī)的飛行設(shè)備對測量區(qū)域的各個(gè)攝點(diǎn)從5個(gè)方向(垂直、前視、后視、左視、右視)進(jìn)行影像研究，并生成三維實(shí)景模型，能夠直觀的對拍攝目標(biāo)的平面位置、外形狀態(tài)、立面、側(cè)面、橫斷面、地形起伏等進(jìn)行詳細(xì)描述及研究，大大提高了傳統(tǒng)攝影測量的豐富性。傾斜攝影測量的影像數(shù)據(jù)可以比較直觀的呈現(xiàn)測量目標(biāo)的外表實(shí)際情況，還能夠與GPS定位技術(shù)靈活結(jié)合使用，將所測量項(xiàng)目的地理及屬性信息在影像中進(jìn)行標(biāo)注體現(xiàn)，給用戶更豐富的使用體驗(yàn)，使該技術(shù)的應(yīng)用范圍更加廣泛。

2.3 無人機(jī)傾斜攝影測量的特點(diǎn)

1)反映地物實(shí)際情況并且能對地物進(jìn)行量測。

通過無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)進(jìn)行測量作業(yè)可以得到目標(biāo)外觀的三維數(shù)據(jù)信息，這些三維數(shù)據(jù)能夠更真實(shí)的反映目標(biāo)，與傳統(tǒng)制作的模型相比較真實(shí)感更高。

2)效率高、成本低。

無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)能夠在作業(yè)中快速自動化的進(jìn)行三維建模，大大縮減工作周期，提高建模效率，有效降低成本。

3 在實(shí)際工程中的應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目概況

本次項(xiàng)目測區(qū)為某平原地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)地籍測量，測區(qū)面積約5.75 km2，測區(qū)內(nèi)的地形高差約8 m，人口稠密，建筑物的密度比較大，建筑物高度變化大，最高可達(dá)48 m，傳統(tǒng)測繪技術(shù)無法達(dá)到任務(wù)要求，故采用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)，對目標(biāo)進(jìn)行1∶500不動產(chǎn)測繪成圖作業(yè)。

3.2 制定方案

1)設(shè)備準(zhǔn)備工作。本次航測將實(shí)用的設(shè)備是大疆M600pro型號無人機(jī)，搭載睿鉑DG4pros五鏡頭傾斜相機(jī)，鏡頭像素均為3 000萬像素。為保證飛行安全，作業(yè)飛行高度要有預(yù)留高度，此次飛行高度設(shè)置為90 m，為了提高建筑物的重疊度，航向和旁向的重疊度分別設(shè)置為85%和80%。

2)像控測量工作。本次作業(yè)將在測區(qū)內(nèi)布設(shè)125個(gè)像控點(diǎn)，像控點(diǎn)的間距為250 m。實(shí)際作業(yè)中使用到像控點(diǎn)只有75個(gè)，剩余的像控點(diǎn)會作為檢查點(diǎn)。像控點(diǎn)的布設(shè)要注意以下幾點(diǎn)內(nèi)容：a.以區(qū)域網(wǎng)為基礎(chǔ)布設(shè)像控點(diǎn)，布設(shè)順序?yàn)橄韧夂髢?nèi)，先在區(qū)域周圍布設(shè)，再在區(qū)域內(nèi)布設(shè)，像控點(diǎn)全部布設(shè)為平高點(diǎn)；b.控制點(diǎn)要均勻布設(shè)，每平方千米的像控點(diǎn)數(shù)量不少于20個(gè)；c.像控點(diǎn)的布設(shè)要根據(jù)航線計(jì)劃圖與村落情況進(jìn)行，各個(gè)村落要均勻布置不少于5個(gè)像控點(diǎn)。

3.3 傾斜影像采集

作業(yè)前了解分析天氣狀況，避開降水大風(fēng)天氣，選擇恰當(dāng)時(shí)間檢查好設(shè)備，按照預(yù)設(shè)航線進(jìn)行航攝操作，盡量保證航攝任務(wù)在同一氣象條件下完成。

3.4 影像處理

對航攝影像進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、像素 質(zhì)量、色彩平衡、航向與旁向重疊度等檢查處理，然后將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Photoscan軟件，就可以對拍攝的影像進(jìn)行自動空三處理、密集點(diǎn)云生成、自動映射紋理模型，最終生成具有影像紋理的三維模型，見圖1。最后利用EPS軟件進(jìn)行三維模型線劃圖采集。

3.5 精度分析

為檢驗(yàn)通過利用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)生成的三維模型的精度，在測區(qū)內(nèi)選擇10個(gè)檢查點(diǎn)，利用RTK技術(shù)在測區(qū)測量這些點(diǎn)的坐標(biāo)(真值)，然后在模型上讀取這些點(diǎn)的坐標(biāo)(計(jì)算值)，取兩者的差，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1，最后得出三維模型的精度。

表1 精度統(tǒng)計(jì)表 m

通過對上面三維模型統(tǒng)計(jì)表的分析可知，該工程項(xiàng)目的三維模型平面誤差最大是0.329 m，中誤差經(jīng)計(jì)算后為0.07 m；高程的最大誤差為0.362 m，中誤差0.09 m，該精度誤差符合測繪規(guī)范的要求，此次測量作業(yè)有效。

4 結(jié)語

根據(jù)上文敘述分析，無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)作為當(dāng)今工程建設(shè)中先進(jìn)的測繪建模技術(shù)，其在城市建設(shè)中的應(yīng)用，使得項(xiàng)目測量精度與測量效率大大提升，而且影像質(zhì)量比較高，逐漸成為當(dāng)前測繪工作的關(guān)鍵方式，受到測繪人員的高度認(rèn)可，應(yīng)該推廣利用促進(jìn)該技術(shù)的完善，不斷推進(jìn)我國測繪事業(yè)發(fā)展。