無人機傾斜攝影技術制作建筑立面圖方法研究

陳志偉

摘要：傳統的立面圖制作是依靠全站儀進行采集，這種作業方式效率低、風險高、成本高，難以解決工期緊的問題。對于三維激光進行立面圖采集，可有效解決效率低的問題，但是三維激光價格昂貴，獲取的點云數據噪點多，需要進行濾波等相關操作，對作業人員技術水平要求高，也有一定的局限性。隨著無人機技術的迅速發展以及相機分辨率的不斷提高，加上攝影測量軟件算法的不斷優化，傾斜攝影建模技術得到了迅速發展。傾斜攝影通過多角度全方位的對地面進行拍攝，可以從多個角度獲取建筑物側面結構紋理信息，這讓利用模型生產立面圖成了可能。

關鍵詞：無人機傾斜攝影;實景三維模型;建筑物立面圖

引言

無人機是一種由動力驅動、無人駕駛可重復使用的航空器的簡稱Unmannedaerialvehicle。它具有實時定位、使用方便的優點。成圖精度受攝像頭分辨率限制，測繪工期短，尤其在大面積大工程量測繪時，該優勢體現明顯。人工外業工作量很小，僅需要采集少量外業像控點或遮擋嚴重地區進行補測。成圖速度快，但數據內業需要處理大量的信息，比如進行航攝影像糾正、空三加密軟件及立體測圖軟件等，內業工作量相對加大，且對電腦軟件配置要求比較高。測繪產品豐富，一次航測可制作成DLG、DOM、DEM等多種產品。前期準備時間少，工程響應時間迅速。安全性高，受環境限制少。

1無人機傾斜攝影技術介紹

1.1無人機傾斜攝影原理

無人機傾斜攝影測量是指在無人機飛行平臺上掛載多個多角度非量測數碼相機，從空中對地面進行拍攝獲取地面影像數據。目前主流的搭配為五鏡頭，即前視、后視、左視、右視和下視，四個側視鏡頭主要獲取建構筑物側面紋理信息，這位立面測量提供了保障。下視鏡頭獲取建筑物的頂部信息，避免航飛過低時建筑物頂部因重疊度不夠而出現空洞。五鏡頭側視鏡頭夾角一般呈45度，由等邊直角三角形可知，要完整獲得測區邊緣，則航線至少要外擴一個航高。

1.2無人機傾斜攝影建模流程

1.2.1外業測量流程

外業工作以安全高效完成測區拍攝為目的，要注意遮擋物、禁飛區、風速影響、測區大小合理性等問題，嚴格按照技術要求布置相控點、檢查點，以保證測繪質量。外業工作與傳統測繪相比看似簡單了，但每一步操作都有需要特別注意的事項?，F場踏勘過程中，注意避開高大建構筑物，需要在繪制飛行路線時優化布置。像控點布設則要注意分布均勻，明顯突出于周圍地物。像控點布設的好壞直接影響到內業成圖質量。飛行過程中要時刻注意電池剩余電量、攝像頭角度、飛行速度等參數，做好應急處理。飛行即將結束時，注意落地點是否避開行人、車輛等遮擋物。

1.2.2內業數據處理

對于建筑立面測圖工作，內業處理起來相對復雜一些。傳統空三測量對傾斜影像數據處理效果不理想，所以需要結合飛機傳感器提供的POS外方位元素數據進行聯合平差，同時結合現場布設的控制點進行聯合平差，通過誤差方程解算出影像的外方位元素，以前方交會的形式求出點位的三維坐標。在建模處理成3D模型后，需要在三維測圖軟件中進行數據加工，繪制出圖。

2項目實例

2.1內業三維模型生產

對獲取的影像成果和POS數據進行整理，刪除無效影像，利用勻光勻色軟件，對全部像片進行調色，利用拖把更名器，對所有影像進行重命名。整理原始像控點數據，解算像控點成果。利用ContextCapture軟件自檢校功能，對少量影像進行空三解算，獲得更加精確的相機參數。空中三角測量主要包括自由網平差和帶著控制點的平差，自由網平差理論上是指沒有任何約束的平差，也可以說是帶著POS數據的平差。初次平差，主要依據POS數據，解算過程主要包括影像金字塔的創建、特征檢測、特征提取、特征匹配、圖像相似度計算、帶著POS數據的平差調整。二次平差，是指帶著像控點的平差，平差的結果是將POS下的虛擬坐標系轉換到像控點坐標系下，使生產的實景三維模型具有準確的坐標。

2.2采用儀器設備及測圖軟件

該項目采用的測繪儀器主要有：GPS：本工程采用南方測繪RTK，支持北斗+GPS等多系統聯合定位，進行像控點現場精確定位。無人機：本工程采用飛馬D2000多旋翼測繪無人機，傾斜五鏡頭相機拍攝，航片拼圖較少，精度可滿足工程要求。通過手機端奧維瀏覽器即可制定飛行路線，并可導入到飛馬軟件中，操作簡單方便。建模軟件：可選擇CongtextCapture等軟件進行建模，檢查所有控制點在照片上的位置和坐標數據，完成空三測量。

繪圖軟件：需選擇具有立體測圖模塊的軟件，如CASS-3D、EPS5.0等。此類測圖軟件是通過加載傾斜影像、垂直影像獲取的實景表面模型、點云數據進行矢量數據采集的測繪地理信息軟件系統。

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，可以較好地生產并導出立面圖成果。首先確定要生產立面圖的對象，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候無遮擋，可使采集的立面圖精度更高。通過調整透視投影，可以改變查看模型的角度，更有利于立面圖的繪制。

結語

綜上來看無人機優勢明顯，能滿足社會發展對數據更新的要求，在國家經濟建設中發揮越來越突出的優勢。需要指出的是在精細測繪、變形控制等方面，目前還不能滿足很高精度的要求。但隨著影像技術和飛行器技術的發展，這些問題都會很快得以解決。目前隨著無人機分辨率的增強以及續航能力的提升，該技術被應用在社會生產的多個領域?？删唧w應用于農村土地確權、石油管道、輸電線路巡線、礦山資源開發、地質監測等。它很好的解決了傳統測繪面臨的問題，無人機航測成為地形圖測繪的新趨勢。

參考文獻

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