無(wú)人機(jī)傾斜攝影校園實(shí)景三維建模技術(shù)研究及實(shí)踐

邱冬冬

摘要：無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)三維建模的一種新興技術(shù)，被越來(lái)越廣泛的使用，智慧校園下的校園三維實(shí)景建模就是它的一個(gè)應(yīng)用方向，本文以校園為項(xiàng)目區(qū)域，使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行了外業(yè)數(shù)據(jù)的采集，然后通過(guò)地面控制點(diǎn)使用軟件進(jìn)行空中三角測(cè)量，最后進(jìn)行模型重建。

關(guān)鍵詞：傾斜攝影;無(wú)人機(jī);三維建模

中圖分類(lèi)號(hào)：P231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2020）05-0091-02

智慧校園是學(xué)校今后一段時(shí)間的一個(gè)重要發(fā)展方向，三維模型作為智慧校園中的一個(gè)重要方面同樣是研究的—個(gè)主要方向，傳統(tǒng)的三維建模是使用3DMAX工具，結(jié)合影像貼圖來(lái)建立的，這種方法耗時(shí)耗力，最主要的是建出來(lái)的模型和真實(shí)的場(chǎng)景是有區(qū)別的，不是實(shí)景模型。這就需要一種新型的技術(shù)來(lái)解決三維模型的創(chuàng)建。無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，讓攝影測(cè)量技術(shù)得到迅速的發(fā)展，傾斜攝影測(cè)量作為攝影測(cè)量的一個(gè)方向也被帶動(dòng)發(fā)展起來(lái)，傾斜攝影的興起，使我們找到了創(chuàng)建校園實(shí)景三維的新方法。

1傾斜攝影測(cè)量的原理

傳統(tǒng)的攝影測(cè)量是使用有人機(jī)在空中通過(guò)航測(cè)儀進(jìn)行垂直向下的影像數(shù)據(jù)采集，后續(xù)可以生產(chǎn)數(shù)字正射影像、數(shù)字線(xiàn)畫(huà)圖、數(shù)字高程模型等等，但是它采集的數(shù)據(jù)只有建筑物的頂部信息沒(méi)有側(cè)面信息。傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是在垂直向下的方向上又增加了傾斜角度的影像采集，使采集場(chǎng)景不經(jīng)有頂部信息而且有側(cè)面信息，后續(xù)通過(guò)專(zhuān)門(mén)的三維建模軟件生產(chǎn)三維實(shí)景模型。無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使數(shù)據(jù)的采集方式更為便捷，帶動(dòng)了傾斜攝影測(cè)量的發(fā)展，國(guó)內(nèi)的傾斜攝影常見(jiàn)無(wú)人機(jī)有大疆M600搭載五鏡頭、精靈4RTK、飛馬D200等等。目前主流的傾斜攝影采集方法主要有三種，一是使用像大疆精靈4RTK版這樣的單鏡頭無(wú)人機(jī)，在空中分不同角度同一區(qū)域多次飛行。二是使用兩鏡頭搖擺或旋轉(zhuǎn)，在采集區(qū)域飛行一個(gè)架次來(lái)采集數(shù)據(jù)。三是使用無(wú)人機(jī)搭載五鏡頭相機(jī)，采集區(qū)域一個(gè)架次采集五個(gè)方向數(shù)據(jù)。三種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，使用時(shí)根據(jù)具體睛況選擇。

2整體技術(shù)流程

2.1測(cè)區(qū)踏勘

在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集之前，一定要在測(cè)區(qū)先進(jìn)行踏勘，主要目的有兩個(gè)方面，一是看下測(cè)區(qū)內(nèi)有沒(méi)有特別高的建筑物或高山，防止無(wú)人機(jī)在飛行時(shí)因規(guī)劃不當(dāng)而發(fā)生事故，二是在踏勘時(shí)，確定哪個(gè)位置可以作為地面控制點(diǎn)，是否還需要新制作控制點(diǎn)。

2.2地面控制點(diǎn)采集

采集地面控制點(diǎn)是由于無(wú)人機(jī)的GPS位置信息不夠準(zhǔn)確，不滿(mǎn)足進(jìn)行測(cè)繪方面的后續(xù)生產(chǎn)，使用地面控制點(diǎn)進(jìn)行空中三角測(cè)量能夠得到更準(zhǔn)確的位置信息。地面控制點(diǎn)一般選用人行道斑馬線(xiàn)、道路拐點(diǎn)等明顯的地面點(diǎn)，如果在測(cè)區(qū)找不到合適點(diǎn)位，也可以使用油漆、石灰等材料在地面上布設(shè)“十”字形、“L”形等地面控制點(diǎn)。

2.3無(wú)人機(jī)傾斜數(shù)據(jù)采集

無(wú)人機(jī)傾斜數(shù)據(jù)采集需要先確定測(cè)區(qū)的最高點(diǎn)高度，然后根據(jù)最高點(diǎn)高度及所需的重疊度來(lái)確定飛行高度。如果區(qū)域比較大，則需要進(jìn)行飛行區(qū)域劃分。飛行區(qū)域劃分一般提前使用奧維地圖來(lái)確定范圍線(xiàn)，輸出kml文件，在飛行時(shí)直接導(dǎo)人規(guī)劃好的范圍，使用地面站軟件進(jìn)行規(guī)劃采集。

2.4數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)建模

在進(jìn)行內(nèi)業(yè)建模時(shí)我們一般使用smart3D軟件，當(dāng)然也還有很多別的類(lèi)型的建模軟件，smart3D軟件主要的好處就是可以輸出多種數(shù)據(jù)格式。基本的軟件流程是先建立工程，然后導(dǎo)人影像數(shù)據(jù)、導(dǎo)入pos數(shù)據(jù)和控制點(diǎn)，如果有相機(jī)標(biāo)定參數(shù)的也要進(jìn)行輸入，后面在進(jìn)行刺點(diǎn)、空中三角測(cè)量，匹配好pos和控制點(diǎn)權(quán)重，空三完成后，根據(jù)采集范圍進(jìn)行三維模型重建。

3校園實(shí)景建模

本次項(xiàng)目已江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院為飛行范圍，約1200畝，項(xiàng)目區(qū)域，高程起伏較大，地物豐富有各種人工建筑物、花壇、草地、斜坡、停車(chē)場(chǎng)、操場(chǎng)等。本項(xiàng)目使用的是格賽六旋翼無(wú)人機(jī)搭載的旋轉(zhuǎn)兩鏡頭相機(jī)如圖1所示，無(wú)人機(jī)及云臺(tái)參數(shù)如表1、表2所示。

此次飛行由于校園高度變化，把校園分為4塊區(qū)域，高度設(shè)置為100m，重疊度設(shè)置為航向80%，旁向70%。相機(jī)總共采集了4532張影像。如圖2所示整個(gè)區(qū)域共布置了像控點(diǎn)15個(gè)，檢查點(diǎn)6個(gè)。部分像控點(diǎn)選擇的是道路斑馬線(xiàn)，一些不容易定點(diǎn)的地方使用了“L“布標(biāo)。如圖3所示。

本項(xiàng)目三維重建使用的是smart3D軟件，由于沒(méi)有相機(jī)參數(shù)，使用的是軟件自檢較，空三精度滿(mǎn)足1：500要求，模型表面精度在1.8cm，在進(jìn)行空三過(guò)程中由于項(xiàng)目區(qū)域不大，沒(méi)有使用集群功能，使用單機(jī)跑的數(shù)據(jù)。模型重建過(guò)程中使用kmlN圍文件對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行了范圍確定，數(shù)據(jù)格式生成的是OSGB格式，后建立S3c索引，因?yàn)榇烁袷娇梢允褂肊PS軟件建進(jìn)行裸眼測(cè)圖，供后期教學(xué)使用。模型重建完成后可以使用軟件自帶的viewer軟件進(jìn)行瀏覽和簡(jiǎn)單的一些面積、距離等的量測(cè)。本項(xiàng)目是以學(xué)校為采集區(qū)域進(jìn)行的數(shù)據(jù)采集，如圖4所示最終的三維實(shí)景模型。

4結(jié)語(yǔ)

本文是以江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院為測(cè)區(qū)進(jìn)行的三維建模，模型雖然精度達(dá)到了1.8cm，但是在一些區(qū)域生產(chǎn)的效果不是太好，如房檐下面、雨棚下面、樹(shù)木覆蓋區(qū)、路燈等小的獨(dú)立地物等、地面平整度等等，這就需要后期進(jìn)行模型修飾。

隨著傾斜攝影技術(shù)的不斷發(fā)展，飛行器及軟件也將會(huì)得到更大的優(yōu)化，模型的整體質(zhì)量也會(huì)得到更大的提升，模型的使用范圍也會(huì)越來(lái)越廣泛，不經(jīng)為智慧校園建設(shè)，也會(huì)為國(guó)家發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步貢獻(xiàn)一份力量，為智慧城市、智慧國(guó)家的推動(dòng)起到積極作用。