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大疆P4RTK倾斜摄影案例

中科智航基于大疆P4RTK倾斜摄影案例分析

 

摘要:针对多镜头测绘级无人机价格昂贵、技术门槛较高的问题,本文提出利用消费级无人机获取的倾斜影像制作大比例尺地形图的方法。该方法运用消费级单镜头无人机,在RTK辅助的前提下,采用低空飞行、井字形航线设计、高重叠率的作业方案,配以高精度像控点、立体测图方法改进,从而实现大比例尺数字测图。

 

1 引言

 

随着科技不断发展,测绘技术不断更新,地形图测量方法由传统平板白纸测图、经纬仪测图发展到现在的全站仪、GNSS、数字摄影测量等技术方法进行数字化成图,在精度和效率上都有很大提高。近年来,天、空、地一体化测绘技术飞速发展,倾斜摄影就是其中的一种,它推动了地形测量向高科技、立体图形、内业测绘方向革命性的变化。

 

倾斜摄影测量技术[1]具有多种特点:①立体成果真实,对于地面周围的反映符合人类感知[2];②为建模提供真实、丰富的纹理信息;③可实现高精度测量。同时,无人机作为一种新型的低空遥感对地观测手段,具有易于操控、获取影像周期短、作业机动性强等特性[3]。基于上述特点,利用无人机倾斜摄影技术获取实景三维模型,有效避免传统作业方式强度大、效率低、周期长和重复测量等弊端,极大提升了生产效率,应用前景广泛。

 

2 设备选择及技术路线

 

2. 1 设备及软件

本文论述无人机倾斜影像获取利用精灵 Phantom 4 RTK进行航摄,精灵 Phantom 4 RTK 是一款小型多旋翼高精度航测无人机,面向低空摄影测量应用,具备厘米级导航定位系统和高性能成像系统,便携易用,全面提升航测效率。相机影像传感器:1英寸COMS,有效像素2000万(总像素2048万),相机镜头:FOV84° 8.8mm/24mm(35mm格式等效)。实景模型制作采用Smart 3D 软件进行空中三角测量及全自动三维建模。

2. 2 技术路线

根据无人机倾斜摄影测量的技术特点及相关要求制定作业流程,如图1 所示,本文对航摄外业及三维建模不作详细论述。

 

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图1 技术路线

 

3 工程应用案例

 

 项目概况

应用案例选取九台大学生创业园、长春市九台区土们岭镇、吉林市吉林化纤实业集团等3 个竣工测绘项目作为倾斜摄影生产应用研究对象,全要素采集房屋、道路、花圃、梯坎等地形图基本要素和规划竣工信息,其倾斜摄影实景模型如图2~ 图4 所示:

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图2长春市九台区土们岭镇

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图3 九台大学生创业园

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图4 吉林化纤实业集团

4空中三角测量

 

空中三角测量利用外业采集的影像、POS信息,通过建模获得所有影像的外方位元素,再通过多视影像密集匹配,自动获取高密度三维点云信息。空中三角测量步骤主要分为多视影像密集匹配及自由网空三、像控点判刺、绝对网空三解算等。多视影像密集匹配及自由网空三步骤基于同名特征点信息进行自动匹配解算,基本无需人工干预。

本文空中三角测量采用ContextCapture软件进行处理。密集匹配575965个连接点,连接图如图5-图7所示。

 

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图5 长春市九台区土们岭镇

 

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图6 九台大学生创业园

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图7吉林化纤实业集团

 

5三维建模

 

三维自动建模基于高密度点云构建不规则三角网,对不规则三角网进行自动纹理映射,生成基于真实影像纹理的三维实景模型。生成的模型包含了高密度点云、不规则三角网、真实影像纹理3种信息。生成的倾斜三维模型成果的精度直接决定了最终成图的精度,三维建模成果如图8-图10所示。

 

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图8 长春市九台区土们岭镇

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图9 九台大学生创业园

 

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图7吉林化纤实业集团

 


6结束语

 

本文分析了基于大疆精灵4RTK版无人机的单镜头倾斜摄影测量方法,提出了低空飞行、井字形飞行、较高的重叠度、改进的立体测图方法等方案。以九台大学生创业园、长春市九台区土们岭镇、吉林市吉林化纤实业集团为试验区域,结果证明,该方案可以满足地籍图测绘的精度要求。但仍有一定局限性亟待解决,主要表现在以下几方面:

 

(1)基于荷载限制及飞行安全考虑,目前无人机电池的续航能力成为倾斜摄影技术推广的限制条件,提高无人机单架次作业时间将大幅提高该方法的应用效率。

 

(2) 由于倾斜摄影模型是对地物地貌表面的模拟,植被覆盖、房屋遮挡等一些拍摄死角或关联点不足的地方,全自动建模时容易产生模型扭曲变形;匹配截面过小的地物,如路灯、电杆,容易产生模型缺失,需采用其他方式加以补充处理[7]。

 

(3)地形要素的提取还不是全自动,需要辅助人工识别,容易出现误判和漏判,需进一步研究对软件二次开发,提升海量数据快速提取、自动识别的能力。