基于Pix4D 的桂林電子科技大學正射影像圖制作

董 嘯 鐘永康 蒙 婕

(桂林電子科技大學建筑與交通工程學院,廣西 桂林541004)

科技的迅速發展使得無人機航測技術日益成熟,測繪行業將會發生重大改變。無人機攝影測量技術作為航攝影像獲取的主要途徑之一,具有高重疊度、大比例尺、低成本和高質量等優點,為正射影像的制作提供了必要的條件。無人機攝影測量成果可以通過專業軟件自動生成數字地表模型和數字正射影像,可以將土木工程與現代數字化技術融合,低成本、高效率、高精度建立大面積正射影像圖并轉化為輕量化區域地理信息圖。

1 測區概況

測區位于廣西壯族自治區桂林市靈川縣桂林電子科技大學花江校區,地處東經110°251′20″,北緯25°19′03″,東臨黃沙河,南至靈朝公路,西、北兩側依山而建,呈東南低,西北高的地勢,地形起伏較小,攝區面積約為2km2。

測區屬中亞熱帶季風氣候,氣候溫和、雨量充沛,全年風向以偏北風為主,平均持續風速范圍為2.2～2.7 米/秒。年平均日照時數為1670 小時,平均氣壓為994·9 百帕。

2 飛行參數

使用大疆精靈4 Pro 無人機搭載FC6310 相機進行本次航測任務,獲取桂林電子科技大學航空攝影測量影像。按照中華人民共和國現行的國家規范要求,將航向重疊率設置為60%,旁向重疊率設置為40%。

通過相機自檢校獲取該航測相機參數如表1。

表1

根據《低空數字航空攝影規范》,相對航高的計算公式如下:

式中：H——相對航高；f——攝像鏡頭焦距；GSD——影像地面分辨率；a——像元尺寸。

因此,若將地面分辨率設置為1cm/PPI,則相對航高為：

獲取無人機飛行參數后,進行測區內航線規劃,起飛前準備等工作。由于桂林市春季降雨量豐富,空氣濕度大。若在雨天霧天等潮濕環境下飛行,水汽極有可能慎入內部腐蝕電子元器件,造成無人機損壞,因此,應盡量選擇晴天干燥,能見度大于800m 的天氣下進行航測工作,且在飛行結束后對無人機進行干燥處理。為利于飛機和遙控器進行通信,選擇的起飛地點應空曠而且沒有障礙物,同時應注意躲避電線等細小的障礙物,以免安全事故發生。

3 Pix4D 數據處理

Pix4D 作為一款基于無人機影像數據處理的專業軟件,可以完全自動化的處理數據,生成數字正射影像、數字地表模型、DTM及三維點云數據等成果,得到更高精度的結果,使無人機真正成為時代最新的專業測量工具。同時它還有自動空三,計算原始影像外方位元素,并且自動校準影像等功能。軟件自動生成精度報告,可以評估結果的質量,此功能不僅即時而且準確。提供的定量化的自動空三、區域網平差、地面控制點的精度等也十分詳細。

Pix4D 數據處理流程如下：

3.1 新建項目,影像導入。若航測時已設置為影像寫入POS信息,可直接將無人機攝影測量影像導入Pix4D 中,軟件可直接讀取；若影像未寫入POS 信息,則需要將POS 信息整理后與影像一同導入Pix4D。

3.2 設置相關坐標系參數,導入控制點坐標。將野外實測控制點坐標在已導入的影像上進行刺點,以保證成圖精度。

3.3 設置處理選項。對點云加密參數、地面分辨率等按需要進行最優設置,在保證成果精度的情況下盡可能地縮短影像處理時間。

3.4 數據處理。上述流程完成后,軟件進行將空三計算、平差計算與正射校正等處理,輸出數字地表模型、數字正射影像等成果。(圖1)

圖1 Pix4D 制作正射圖流程圖

當影像處理完成后,對質量檢測報告中的控制點誤差統計進行分析得出,各控制點和pix4D 計算點誤差均滿足《數字航空攝影測量空中三角測量規范》的誤差要求,生成的數字地表模型、所得數字正射影像成果如圖2-3 所示。

圖2 桂林電子科技大學正射圖(局部)

4 Pix4D 制作正射影像圖的優勢與不足

Pix4D 不僅操作界面非常直觀,而且具有完全自動化的圖像處理過程。其優勢展現為以下幾點：

4.1 專業操作要求不高,用戶可根據使用手冊自行學習使用；

4.2 數據處理快,節約時間；

4.3 處理得到的DOM、DSM精度高；

4.4 相機參數獲取自動化,無需人工導入；

4.5 自動生成GOOGLE 瓦片和紋理三維模型。

圖3 桂林電子科技大學數字地表模型(局部)

但是需要注意的是,該技術方法屬于土木工程與現代數字化技術創新融合,在專業交叉領域存在少許分歧,需要專業各方進一步交流。在Pix4D 制作正射影像的過程中,其中間結果無法大幅度人為干預調整,存在不可控因素。

總體而言,與傳統人工持儀器測量相比,該方法精度高、速度快,實現人力物力成本最小化。此技術成果可廣泛運用于網絡及手機客戶端,旨在為數字化校園建設、室內導航、數字小區、數字城市、GIS 精準定位、海綿城市、大范圍土地利用等提供科技支撐。

5 結論

本文通過對桂林電子科技大學進行無人機攝影測量,運用Pix 4D 對所得影像數據進行處理,生成了數字模型和正射影像圖。通過對運用Pix4D 生成的正射影像圖的精度進行檢查,發現其精度滿足大比例尺地形測繪的應用,進一步驗證了Pix4D 在正射影像圖制作中的可行性。隨著Pix4D 在無人機航測的應用逐漸廣泛,會探索出解決目前存在的缺陷或將缺陷弱化的方法,研究出精度、準確性更高的正射影像圖制作方法。