基于無人機傾斜攝影技術制作三維模型的精度分析

于澎

（遼寧省地理信息院，遼寧 沈陽 110034）

摘要：本文闡述了多旋翼無人機搭載傾斜攝影平臺獲取影像數據配合高精度的后差分系統和少量的像控點，使用Smart3D軟件進行三維建模，并將模型數據導入TE Pro軟件對模型的精度進行分析。同時通過實驗驗證了該工藝制作的三維模型紋理清晰，空間位置精度能夠滿足1：500地形圖的相關要求，為智慧城市建設三維模型制作提供可靠的解決方案。

關鍵詞：無人機傾斜攝影、后差分、Smart3D

1 引言：本文結合實際生產任務，利用無人機傾斜攝影后差分技術進行影像獲取、建立模型、精度分析等。通過實驗總結出無人機傾斜攝影后差分技術可提高POS精度應用于制作三維模型其精度能夠滿足1：500地形圖精度要求，為后續數據開應用提供技術的支持。

2 無人機傾斜攝影系統及三維建模平臺

本實驗區采用廣州紅鵬公司的微型無人機，該機具有飛行可靠性高、起飛和著陸場地要求低、操作使用簡單、影像分辨率高等特點。相機由5個CCD集成可在同一時間獲取不同方向的影像數據，系統搭載的后差分模塊可以在作業時記錄飛機的飛行軌跡在配合地面基站聯合解算得出高精度POS數據，為三維建模的精度提供有力保障。實驗區域采用Smart3D軟件進行三維建模，該軟件是基于圖形運算單元GPU的快速三維場景運算軟件，整個過程無需人工干預就可以從簡單連續影像中生成最逼真的實景真三維場景模型。后期精度統計使用Skyline公司的TE Pro軟件進行數據分析等。

3實驗區概述

本攝區位于遼寧省鐵嶺市昌圖縣，測區面積約0.7km?，區域內地勢平坦，高差起伏小，平均海拔96米。

4實驗方案

4.1實驗流程。本次實驗總體技術流程分為傾斜攝影數據獲取、三維建模、三維模型分析三個部分，流程如圖所示。

4.2 航線設計。本實驗區利用DJI進行航線設計，并考慮聚合物鋰電池的續航能力，確定每架次飛行時間在15分鐘左右。共設計飛行6個架次，航高100米，地面分辨率為0.03米，航向及旁向重疊均大于75%，每架次左右連接處間隔大于半條基線，上下連接處重疊大于30米。

4.3航攝輔助系統。本次航攝采用后差分技術，并配套使用GGPos GNSS動態后處理軟件，在本攝區內選用全省聯測B、C級點作為地面基站。結合無人機搭載后差分接收機AGS 200，可實現厘米級動態差分定位。

4.4像控點選點測量。利用省級CORS站配合GPSRTK技術對像控點進行施測。三次平滑求平均數采集記錄數據。平面坐標系統采用國家2000直角坐標系，高程采用黃海1985高程基準。

4.5三維模型。實驗區域采用Smart3D軟件進行模型空三加密及三維建模，整個建模過程人工干預量少可快速自動進行幾何處理、多視匹配、三角網構建、自動賦紋理等。

1、數據下載、解算POS。影像獲取完成后分別下載保存五個角度影像數據、差分模塊所獲取的軌道參數信息、地面基站數據等，在通過GGPos動態后處理軟件聯合解算求出高精度軌道坐標值。

2、數據資料整理。數據下載完成后，我們對獲取的測區影像和POS進行質量檢查并統一編號。分析測區概況、建筑物高差信息、河流信息、航攝信息、數據量、磁盤空間、分區等情況，并整理模型區域的控制點、檢查點等。

3、設定初始參數、建立工程。根據影像信息，設置相機參數、主距以及相片的坐標信息等。建立工程設置參數并導入影像和POS數據。

4、空三加密初始化。根據導入的影像數據和POS信息對傾斜攝影數據先進行簡單的空三計算得到相片之間的位置關系，此操作方便后續導入像控點。

5、像控點選刺、定義坐標系統。通過簡單的空三計算我們得出三維模型概略的空間位置關系，然后導入像控點進行選刺點。選擇像控點時每個架次連接處選取相應的像控點以及在測區轉角處選取，其它地區均勻分布。本攝區共選取25個像制點作為空三定向點。

6、空三加密。像控點選刺完畢，提交空三進行計算，軟件根據影像的特征及POS數據信息提取匹配點，并且按照像控點的坐標位置進行絕對定向，從而得到三維模型空間地理坐標。通過空三報告可以看出像控點和影像匹配的模型點中誤差分別為0.28PX（像素）和0.72PX（像素），其空三滿足1：500圖規范要求。

7、框定三維模型建模范圍。根據成圖的范圍外擴30米做為生成模型的實際范圍。

8、點云提取和建模。設定模型生成高程范圍盡量貼近但大于實際范圍，跟據空三加密信息成果自動提取點云并建模（點云構造三角網、生成白模、貼復紋理）。

9、模型打包輸出。設定輸出坐標系CGCS2000，高斯投影3度分帶中央經線123度，85高程基準將生成的模型輸出成通用的osgb格式。

4.6精度檢測。本實驗區域應用真實三維場景進行精度統計，采用Skyline公司生產的TE Pro軟件進行精度統計其平面點檢測45個中誤差為0.074米，高程點52個中誤差為0.09。精度統計如表：

結論：本文闡述了無人機傾斜攝影利用后差分技術進行三維建模的案例，完成了鐵嶺市昌圖縣0.7平方公里的三維建模任務。通過實驗表明該技術制作出的三維模型空間位置精度滿足城市1：500地形圖的精度要求，可以應用于小范圍地形圖測量以及三維模型地形修測。

參考文獻

[1]曲林，馮洋，支玲美，高文慧 基于無人機傾斜攝影數據的實景三維建模研究 測繪與空間地理信息， 2015（3）：38-39