虛擬測量在無人機(jī)測繪成果中的應(yīng)用

孫藝洋

（拓佳豐圣（上海）科貿(mào)有限公司，上海200000）

測繪4.0：拓普康索佳應(yīng)用方案專欄

虛擬測量在無人機(jī)測繪成果中的應(yīng)用

孫藝洋

（拓佳豐圣（上海）科貿(mào)有限公司，上海200000）

近年來無人機(jī)以其機(jī)動靈活、成本低廉、現(xiàn)勢性高的優(yōu)點(diǎn)快速進(jìn)入電力巡檢、農(nóng)林植保、災(zāi)難救援、測繪等領(lǐng)域。尤其在測繪領(lǐng)域中，無人機(jī)航測以其影像分辨率高、操作簡便、更新快速的特點(diǎn)在農(nóng)村土地確權(quán)、應(yīng)急測繪、數(shù)字城市中得到廣泛應(yīng)用。

一、背 景

通常無人機(jī)完成空中影像和POS數(shù)據(jù)采集后，結(jié)合地面像控點(diǎn)數(shù)據(jù)經(jīng)過空三解算，生成數(shù)字高程模型（DEM）和數(shù)字正射影像（DOM）。進(jìn)入數(shù)字線劃圖（DLG）生產(chǎn)階段后，廣泛應(yīng)用的方法是創(chuàng)建立體模型后通過計(jì)算機(jī)立體視覺方式，結(jié)合外業(yè)調(diào)繪提取地物要素。除此以外，生產(chǎn)實(shí)踐中也可將DOM導(dǎo)入CASS、EPS等成圖軟件中作為背景直接繪制DLG。

近年來隨著國外無人機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件的引入，以Agisoft Photoscan、Pix4D等為代表的無人機(jī)影像處理軟件將傳統(tǒng)數(shù)據(jù)生產(chǎn)方法自動化，通過傻瓜式的一鍵后處理模式，無需任何人工交互過程，可直接處理得到DOM、DSM、點(diǎn)云3種類型成果。

無人機(jī)獲取到的DOM分辨率為1～20 cm，視覺效果非常理想，從二維平面角度分辨道路、房屋等邊界信息時直觀而便捷。但是在分析提取地物影像特征及坡坎等存在高差的區(qū)域時，存在嚴(yán)重不足。而DEM/DSM雖然表達(dá)了地面高程變化，可以用于精確計(jì)算提取坡度信息，但在可視化方面較DOM有著巨大的差距。

虛擬測量（LOGO如圖1所示）就是在這樣的環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生，通過將DOM和DEM/DSM疊加套合（如圖2所示），在計(jì)算機(jī)中創(chuàng)建三維虛擬環(huán)境，充分發(fā)揮了DOM和DEM/DSM分辨率高、顯示效果精細(xì)的優(yōu)點(diǎn)，使得測量員在計(jì)算機(jī)上就可以獲得身臨其境的效果，方便進(jìn)行地物和特征線的提取工作。

圖1

圖2

二、新的應(yīng)用模式

由于無人機(jī)提供了高分辨率、高精度成果，以拓普康天狼星為例，平面和高程外符合精度均可達(dá)到5～10 cm。在如此高的精度支撐下，許多測量和分析工作將變得輕而易舉。

1.提取特征線、高程點(diǎn)

在三維虛擬環(huán)境下，測量員可以輕易地從不同角度瀏覽數(shù)據(jù)，辨別提取地物邊界、高程點(diǎn)等信息。如圖3所示。

圖3　提取特征線、高程點(diǎn)

2.體積方量計(jì)算

三維虛擬環(huán)境下，測量員只需繪制所需的邊界，點(diǎn)擊計(jì)算后可立刻得到相應(yīng)的填挖方信息。如圖4所示。

圖4　體積方量計(jì)算

3.光照及陰影分析

測量員在接近真實(shí)的環(huán)境中，通過拖動鼠標(biāo)、控制時間進(jìn)度，即可得到準(zhǔn)確的光照和陰影變化。如圖5所示。

圖5　光照及陰影分析

4.決策分析

在大壩建設(shè)分析過程中，僅通過鼠標(biāo)滾動調(diào)整水面高度，用戶就可以準(zhǔn)確地隨時分析掌握淹沒邊界、蓄水量和水深之間的關(guān)系。如圖6所示。

5.虛擬現(xiàn)實(shí)

通過將3D模型直接插入三維虛擬環(huán)境，用戶可以進(jìn)行各種模擬和漫游，并設(shè)計(jì)路線和鏡頭生成電影，為非專業(yè)測量用戶提供豐富易懂的成果。如圖7所示。

圖7　虛擬現(xiàn)實(shí)

三、結(jié)束語

虛擬測量為無人機(jī)測繪成果的應(yīng)用提供了一種新的方式，測量從傳統(tǒng)的外業(yè)轉(zhuǎn)化為內(nèi)業(yè)。隨著智能化的發(fā)展，自動提取特征邊界、創(chuàng)建三維模型的技術(shù)將很快得到完善，測量員可從繁重重復(fù)的外業(yè)和內(nèi)業(yè)工作中解放出來，無人機(jī)成果數(shù)據(jù)的應(yīng)用也將開啟全新的時代。

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（本專欄由拓佳豐圣和本刊編輯部共同主辦）