无人机倾斜摄影测量三维建模及应用

分类：论文范文 发表时间：2020-05-09 08:33

　　摘要：随着科学技术的快速发展，我国提前进入现代化发展阶段，同时带动我国科研技术行业发展迅速。我国无人机倾斜摄影技术不断发展和创新，这为城市实景三维建模提供了技术支持。可以说在城市建设的过程中三维建模技术有极高的应用价值。

　　关键词：无人机倾斜摄影测量;三维建模及应用

　　引言

　　我国经济建设自改革开放发展至今取得了非常不错的成就，离不开各行业的支持。随着无人机可载重量的增加，电池续航工艺水平的发展，采用无人机搭载多镜头摄影相机，实现多维度地快速获取地物信息成为可能。无人机倾斜摄影测量主要是通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从垂直、倾斜等不同角度采集影像，获取地面物体多维度的更为完整准确的信息。

　　1技术原理

　　无人机倾斜摄影测量技术是借助航测系统获取地物位置和姿态信息的一门技术，而航测系统由无人机和多种不同类型、不同角度的传感器组成，基于此系统上的优势，即可获取全面的地表地物位置和姿态信息。整个数据采集过程中，无人机在空中拍摄时会通过GPS和惯导系统自动记录拍摄照片的空间位置和角度姿态，保障影像航向重叠度和旁向重叠度达到66%以上，便可以利用空中三角测量自动解算空间立体模型。由于多角度传感器的存在，该技术可以打破地表建筑与复杂地形的限制，此外由于航测系统飞行高度较低，可高效率地获取地面高质量的多角度影像。同时，其主要通过多视影像的地表地物的同名点坐标实现密集匹配，经此处理可生成密集点云，在此基础上对不规则三角网进行构建。最后，借助ContextCapture软件结合影像POS数据和地面GPS-RTK采集控制点数据等技术实现三维重建。

　　2无人机倾斜摄影测量三维建模存在的问题分析

　　无人机倾斜摄影测量三维建模因为能快速、多角度采集位置、纹理、高度等属性信息，相比传统三维建模方式，具有速度快、效率高、精度高、更经济等多种优势。其应用场景丰富，以上提到的5个方面只是冰山一角。但是目前的发展仍然存在一些不足，受到了一定制约。1.经济方面，为了获得高精度的影像数据，提升三维建模精度，需要降低飞行高度以及采用高分辨率的镜头。而当降低飞行高度时，其相应的航片数量会增大，需布设的像控点数量也会增多，数据的处理、存储、发布等也需要较高的硬件配置;另外，分辨率越高，相机镜头单价也越贵。项目前期投入较大。2.数据处理方面，由于外业实际情况复杂，各种地形地貌可能会导致数据含有粗差，进而影响后期数据精度。比如，大面积的水面会产生高反射现象导致生成的面域信息不准确;树木等异物遮挡可能导致被遮挡的数据不能采集，形成类似锯齿状的表面模型，这些情况都需要对图面进行修补或通过其他常规测量方式进行补测后再建模接边。

　　3倾斜摄影测量整体流程

　　1.数据的获取，倾斜摄影数据的获取需要依靠不同类型的飞行器，同时搭配不同的倾斜相机来实现数据的采集，在采集的过程中实现高空、中空和低空的全覆盖，为满足不同比例和分辨率的影像需求奠定基础。2.无人机的选择，为了更好地获取无人机倾斜影像数据，需要重视以下两个方面的因素：一是影像的质量;二是照片的数量。从实际获取的效果来看，想要获得高清晰度和高质量的三维建模就需要对倾斜摄影的分辨率有一定的要求，因此多旋翼无人机是很好的选择。3.倾斜摄影相机，固定式五镜头相机是市场上比较常见的倾斜摄影相机，是无人机倾斜摄影中不可缺少的仪器。在多次实际应用中发现，照片数量和相邻航线飞行的间隔时间对建模效果存在一定的影响，为了获得更理想的建模效果，可采用双镜头摆动式倾斜摄影系统，同时该系统还具有成本低、质量轻、操作简便等优点，因此，双相机、三相位摆动结构的倾斜摄影系统具有较高的性价比，适用于多旋翼无人机倾斜摄影。4.航线的设计，在航线设计的过程中需要满足一定的要求，即航线摄影分区最好为矩形，实际范围应该按照相关的规定确定，航线的数量最好不要少于六条。如果使用双相机或者固定翼无人机的话，对航线的设计有一定的要求，即航线摄像尽量为矩形，通过对飞行范围的确定可以知道，飞行的范围需要有一定的航高，同时航线的数量不能少于六条。5.飞行作业，每个飞行区都需要统一规划航线的设计，如果同一航线设计中存在多余航线的话，需要及时地删除。在外出作业过程中，要配备至少十组电池，或者是配备便携式发电机，目的是为了提高作业的效率。对无人机起降场也有一定的要求，尽量靠近摄像区，目的是为了减少无效飞行的距离。6.成果精度，倾斜摄影三维模型的建模精度直接影响分辨率的高低，一般情况下建模的精度与分辨率的比例约为一比三左右。倾斜摄影三维模型的平面量测精度与相对高程测量的精度是基本保持一致的。举例而言，如果摄像分辨率为二厘米的话，那么三维模型的精度就应该在五厘米到十厘米之间，而相对应的量测的精度也应该达到十厘米以内。如果影像的分辨率为五厘米的话，那么三维模型的精度就应该在十五厘米到二十厘米之间，同时相对应的量测的精度也应该达到二十厘米以内。

　　4倾斜摄影三维建模

　　1.准备工作，在三维建模前，需要进行一系列的准备工作，主要包括：(1)整理原始影像数据;(2)创建EO文件，就是按照一定的格式和一定的顺序创建关于各种数据参数信息的Excel表格;(3)将影像导入软件中，为后期的数据处理、模型建立做准备。2.空三加密，在影像中自动提取大量的特征点，并从多个视角对这些特征点进行同名点匹配，进而找到各个影像中对应的外方位元素。完成空三加密后，便可以查询一些位置信息或情况，如空三点的位置密度、每张影像的覆盖范围、整个航带的飞行情况等。3.导入控制点，通常情况下，控制点导入后还需要进行空三加密的再次操作，倘若第一次空三加密前通过EO文件导入Block，则可以省掉这一步骤。选择空三加密后导入控制点的原因是，2次空三加密所需时间要明显少于导入控制点后进行一次空三加密所需时间，还可以通过空三加密进一步了解航带的信息情况，提高了找到控制点相应位置的效率。4.模型贴图，完成上述所有工作后，需要对模型进行分块，该工作是通过选择tile的尺寸完成。分块结束后，需要将Smart3D计算结果不太理想的部分导出，导出到第三方软件内并进行编辑修改，从而快速整合数据，进而保障数据的更新、保障数据的准确性和有效性。通过Smart3D回炉功能，将修改后的模型进行重新整合输出，最终构建出实景的三维立体模型。

　　5结语

　　虽然无人机倾斜摄影测量三维建模存在一些不足，但是它高效、直观等的优势也很突出。我们可以预期，随着行业发展，各种技术瓶颈将得到突破。所以无人机倾斜摄影测量三维建模必将在更多行业迎来更广泛及深入地应用。

　　参考文献

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