微型無(wú)人機(jī)三維傾斜攝影測(cè)量建模實(shí)驗(yàn)綜述報(bào)告

安徽交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 土木工程系，安徽 合肥 230051

0 引言

隨著測(cè)繪技術(shù)日新月異，無(wú)人機(jī)三維傾斜攝影測(cè)量技術(shù)給測(cè)繪行業(yè)帶來(lái)的新的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。三維傾斜攝影測(cè)量是基于無(wú)人機(jī)上搭多種傳感器，對(duì)地物地貌獲取空間地理及紋理等相關(guān)信息，通過(guò)后期建模軟件進(jìn)行實(shí)景重建，可生產(chǎn)出高精度實(shí)景模型及4D 測(cè)繪產(chǎn)品，它具有響應(yīng)速度快，應(yīng)用領(lǐng)域廣，測(cè)繪成果多樣化，為數(shù)字城市建設(shè)提供了載體，為數(shù)字化成圖提拱了高效精準(zhǔn)的模型［1-2］。三維傾斜攝影測(cè)量這項(xiàng)技術(shù)由于在高校實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)還沒(méi)有完全推廣，故結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)的理論填寫(xiě)了這塊空白。本實(shí)驗(yàn)用消費(fèi)級(jí)單鏡頭4 旋翼微型無(wú)人機(jī)代替專(zhuān)業(yè)型五鏡頭多旋翼無(wú)人機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其作業(yè)原理都是一樣，這樣在高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中即達(dá)到教學(xué)的目又具有一定的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

（1）像控點(diǎn)布設(shè)；

（2）Altizure Beta APP 飛控參數(shù)及飛行航線設(shè)定；

（3）三維實(shí)景建模。

2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮?/h2>

2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

（1）認(rèn)識(shí)微型無(wú)人機(jī)三維傾斜攝影測(cè)量建模的意義及用途；

（2）了解微型無(wú)人機(jī)三維傾斜攝影測(cè)量建模的原理；

（3）掌握微型無(wú)人機(jī)三維傾斜攝影測(cè)量建模的內(nèi)外業(yè)操作過(guò)程及建模后精度的評(píng)定。

2.2 實(shí)驗(yàn)原理

以無(wú)人機(jī)為飛行平臺(tái)搭載相機(jī)及GPS/IMU（Global Positioning System/Inertial Measurement Unit）模塊等多個(gè)傳感器，對(duì)地面地物地貌采集1 個(gè)垂直方向和4 個(gè)傾斜方向的高分辨率的影像數(shù)據(jù)及準(zhǔn)確的POS（Position and Orientation System）數(shù)據(jù)，包含了地物地貌空間地理相關(guān)信息及紋理信息等［3-4］。再通過(guò)Context Capture、DP-Modeler、Photo Mesh 等傾斜測(cè)量建模軟件平臺(tái)進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理，從影像匹配、空中三角測(cè)量計(jì)算、密集匹配到三角網(wǎng)構(gòu)建、紋理映射先后5個(gè)過(guò)程最終得到高精度的真實(shí)的三維影像模型及4D 測(cè)繪產(chǎn)品（DOM、DEM、DRG、DLG）［5］。

3 實(shí)驗(yàn)儀器

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

4 實(shí)驗(yàn)步驟

4.1 外業(yè)

（1）布設(shè)像控點(diǎn)：在建模區(qū)域的四角及中間位置附近布置像控點(diǎn)，點(diǎn)間距約100 米。像控點(diǎn)用油漆涂描成圖1 形狀或“L”形狀，筆畫(huà)寬度或圓圈內(nèi)圓點(diǎn)直徑約5cm，并寫(xiě)上編號(hào)，如圖2，對(duì)不同角度進(jìn)行拍照方便內(nèi)業(yè)刺點(diǎn)。或網(wǎng)購(gòu)成品像控點(diǎn)標(biāo)志擺放到所選的位置上，如圖3。

圖1 像控點(diǎn)標(biāo)志

圖2 像控點(diǎn)標(biāo)志

（2）測(cè)量像控點(diǎn)：GNSS（Global Navigation Satellite System）連接CORS（Continuously Operating Reference Stations），測(cè)量5個(gè)像控點(diǎn)大地坐標(biāo)。

（3）無(wú)人機(jī)安檢：打開(kāi)DJGO 4 手機(jī)APP 軟件連接無(wú)人機(jī)，自動(dòng)進(jìn)行無(wú)人機(jī)各項(xiàng)安全檢查。如有紅色提示表示某項(xiàng)功能需要校正或檢查。

（4）飛控參數(shù)設(shè)置：打開(kāi)Altizure Beta APP 軟件，以高德影像地圖為底圖設(shè)定飛行范圍；進(jìn)入設(shè)置參數(shù)界面進(jìn)行設(shè)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(gè)0°，4 個(gè)40°）如圖4參數(shù)設(shè)置，自動(dòng)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(shù)設(shè)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(wú)人機(jī)按照設(shè)定的航高，航向和旁向重疊率和鏡頭傾斜角進(jìn)行5 條航線自動(dòng)航拍作業(yè)，任務(wù)結(jié)束后自動(dòng)返航到起飛點(diǎn)。

4.2 內(nèi)業(yè)

4.2.1 數(shù)據(jù)導(dǎo)出：

將無(wú)人機(jī)拍攝照片及像控點(diǎn)坐標(biāo)導(dǎo)入到電腦中。

4.2.2 數(shù)據(jù)處理：

（1）新建項(xiàng)目：運(yùn)行Context Capture Center Master軟件，建立工程項(xiàng)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(diǎn)：打開(kāi)添加控制點(diǎn)窗口，找到相應(yīng)的像控點(diǎn)照片（至少相鄰3 張）。準(zhǔn)確刺點(diǎn)并輸入外業(yè)GNSS-RTK 測(cè)量的大地坐標(biāo)，并對(duì)投影帶相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

（4）空三計(jì)算：?jiǎn)?dòng)空三運(yùn)算引擎軟件Context Capture Center Engine，進(jìn)行空三計(jì)算。

（5）實(shí)景建模：先進(jìn)行自動(dòng)密集匹配DSM（Digital Surface Model），再構(gòu)建TIN（Triangulated Irregular Network）模型，并生成白模，再生成3D 紋理映射，最后自動(dòng)生產(chǎn)真三維模型。

4.2.3 檢查并生成報(bào)告

（1）通過(guò)報(bào)告檢查空三平差精度

（2）通過(guò)三維模型可以量測(cè)若干個(gè)地物點(diǎn)距與現(xiàn)場(chǎng)對(duì)應(yīng)的地物點(diǎn)距進(jìn)行比對(duì)誤差大小。

5 實(shí)驗(yàn)成果

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)提交以下資料：

（1）外業(yè)采集數(shù)據(jù)：航拍影像照片、像控點(diǎn)大地坐標(biāo)文件、飛控參數(shù)設(shè)置記錄及像控點(diǎn)布設(shè)時(shí)點(diǎn)位照片。

（2）內(nèi)業(yè)處理資料：空三計(jì)算精度報(bào)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(xué)樓建模作業(yè)區(qū)域生產(chǎn)的三維模型成果。

（3）檢查資料：三維模型上量取的地物點(diǎn)距與現(xiàn)場(chǎng)地物點(diǎn)距比對(duì)誤差表。

6 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

（1）作業(yè)前應(yīng)查詢(xún)飛行區(qū)域空管安全信息。

（2）無(wú)人機(jī)起飛前應(yīng)檢查4 個(gè)螺旋漿是否安裝牢固，漿葉是否老化或破損。

（3）無(wú)人機(jī)打開(kāi)電源前先打開(kāi)無(wú)人機(jī)搖控器開(kāi)關(guān)，停飛后先關(guān)掉無(wú)人機(jī)電源再關(guān)掉無(wú)人機(jī)搖控器開(kāi)關(guān)。

（4）作業(yè)前一定要試飛30 s，目測(cè)無(wú)人機(jī)是否正常。

（5）起飛時(shí)和降落時(shí)無(wú)人機(jī)離人保持5 m 以上的距離。

（6）像控點(diǎn)測(cè)量時(shí)GNSS-RTK 對(duì)中桿一定要扶直，確保采集坐標(biāo)準(zhǔn)確。

（7）地面做像控點(diǎn)標(biāo)志時(shí)一定要規(guī)范。

（8）內(nèi)業(yè)像片刺點(diǎn)時(shí)一定要準(zhǔn)確，相應(yīng)的坐標(biāo)值輸入確保無(wú)誤。