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倾斜摄影助手软件作为倾斜相机数据预处理工具,软件可编写相机和影像相关参数,无需人为输入,可快速准确地将复杂的大数据整理成一个索引文件,导入到软件中,直接进行处理。

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无人机倾斜摄影测量技术在应急测绘保障中的应用

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顾广杰,姜 坚,陶占杰

(61206 部队,辽宁 大连 116023)  

▲ 倾斜相机助手适配载荷

倾斜助手操作流程


1


载荷设置

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摘要: 无人机与倾斜摄影相机的结合为倾斜摄影测量技术的快速应用提供了可能,在某应急测绘保障任务中,采用无人机倾斜摄影方法获取目标影像信息,运用 Smart3D 软件构建目标三维模型,初步形成了基于无人机倾斜摄影测量技术构建三维模型的作业流程,为探索无人机倾斜摄影测量技术的应用积累了一些经验。

选择云台型号(自定义时,需要人工输入参数),此次以iCam Q50为例。

关键词: 无人机; 倾斜摄影测量; 三维模型

无人机倾斜摄影技术是近年来发展起来的一项高新技术,能够实现全自动化三维建模,真实反映地物的外观、位置、高度等属性信息。在某应急测绘保障任务中,笔者利用旋翼无人机搭载倾斜摄影相机对目标区域实施抵近测绘侦查,完成了目标精确定位、三维模型构建和地理地形监测,为任务顺利完成提供有力保障。

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01 概 述


2


POS数据设置

任务中,采用无人机倾斜摄影系统结合 RTK 技术进行控制点测量的方法,形成了从影像获取、影像整理、控制点布设与测量、工程建立、影像导入、控制点成果输入、空三计算、模型生成到成果应用的一整套作业流程,如图 1 所示。本文采用 Smart3D 软件进行三维模型构建,相比 Auto3ds Max 和 CAD 等传统的三维建模软件,Smart3D 软件具有自动化程度高、建模效率高、精度可靠、情景真实等优势,在本次任务中得到了很好的应用。 

选择POS文件,根据实际情况输入的高度范围,选取PPK解算坐标系,为适配不同 POS文件,提供文件列匹配选项,默认不需要操作,如有特殊POS文件,请按照实际文件进行操作。

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图 1 应急测绘保障作业流程

02 影像获取与处理

影像获取与处理是运用无人机倾斜摄影测量技术进行三维模型构建的基础,主要包括影像获取、影像整理和控制点的布设与测量等工作。

2.1 影像获取

(1) 航线规划。航线规划是影像获取的前提,要充分考虑无人机续航能力和摄影云台的性能,设置合适的飞行高度和影像重叠度,获取满足倾斜摄影测量要求的影像信息。例如本次任务中目标区域航摄,设置航高 150 m,航向重叠度 70%,旁向重叠度70%,共生成飞行航线 9 条,分 3 个架次完成航摄任务。


3


照片整理

选择照片目录,选择正摄相机的文件夹,优化索引。

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(2) 航摄飞行。无人机采用程控的模式进入航线实施航摄,拍照模式为定点曝光,一个飞行架次飞行时间为 25 min 左右,需时刻监控无人机飞行状态,安全完成目标区域影像采集。


4


优化索引

● 删片设置相机位置对应的文件目录,选择需要建模范围的kml文件,设置不同的 POS文件对应的航高,优化索引,生成照片剔除后的索引。

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● 生成姿态索引文件

设置相机位置对应的文件目录,制作正射镜头索引文件,经过软件空三计算后根据要求导出。选择任一种方式提取角度差文件,导入正射kml文件,导入角度差文件,生成姿态索引文件,导入软件中即可预测出控制点位置,方便刺点,提高效率。

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● 优化索引——生成索引文件(合二为一)导入正射xml空三文件,以及角度差xml文件,一键生成姿态索引文件,即可导入CC中刺点处理。

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2.2 影像整理

(1) 规范影像名称。倾斜摄影云台由多个传感器组成,同一时刻可以获取多个角度的影像数据数码相机参数,需根据传感器的顺序存放在相应的文件夹中,规范统一影像数据名称。


案例成果分享

(2) 去除影像冗余。由于影像数据量太大会影响数据处理效率,需要去除各传感器在无人机上升、下降、转弯和任务区域范围外的冗余影像数据。

2.3 控制点布设与测量

1


江苏农村某倾斜摄影项目

(1) 控制点布设。六旋翼无人机采用 GPS 定位模式,POS 数据定位精度无法满足空中三角测量要求,需要人工布设地面控制点,提高三维模型量算精度。一般在 500×500 m 的航摄区域内布设 5 个控制点即可,具体方法是在 4 个角隅和中心点各布一个,控制点数量越多模型精度越高。控制点选取在地面易识别的区域,最好是多个传感器影像的同名点,并把控制点对应的各传感器影像汇总在相应文件夹内。



倾斜摄影作业时,为了采集到目标区域边缘建筑物的纹理信息,需要进行航线外扩。但外扩航线中五个镜头的数据,只有朝向测区的镜头数据是有效的。

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(2) 控制点测量。控制点成果可由卫星影像读取、手持 GPS 测量、RTK 测量、传统导线测量等多种手段获取。卫星影像读取和手持 GPS 测量效率高但精度低,传统导线测量精度高但受作战环境影响大,在演习期间为了快速获取精度可靠的控制点信息,采用了 RTK 测量技术。

03 三维建模操作流程

基于 Smart3D 软件的三维建模操作流程,主要包括工程建立、影像导入、控制点成果输入、空三计算以及模型生成等多个步骤。

删片优势:

减少照片数量、减少数据处理时间;
降低空三分层概率;
删除范围外照片,完全不影响内部模型效果。使用倾斜助手对外扩影像进行智能删除,1195张影像删减了215张照片,总体处理时间缩短46分钟,效率提升了23%。

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3.1 工程建立

打开 Smart3D 软件,点击“New project”新建一个工程文件。由于工程文件一般会比较大,需要将工程文件存放在空间充足的盘符下。

▲ 模型展示

3.2 影像导入

2

点击“New block”新建一个图块,在“Photos”下导入之前整理好的影像文件夹。导入结束后,在“Sensor size”选项中输入摄影云台的遥感器参数。

3.3 控制点成果输入


山西某倾斜摄影项目

在“Control points”对话框下,首先确定控制点的坐标系类型,例如 CGCS2000、WGS-84 等,然后逐个添加控制点,输入点名、经度、纬度和高程值等信息,并在汇总好的控制点影像上完成控制点的标注工作。

3.4 空三计算

点击“Submit aerotriangulation”进行空三编辑,根据实际情况选择控制点获取方式,设置完毕后点击“Submit”完成提交,软件会自动进行空三计算,由于此过程对系统资源占用较大,不能进行其他操作。


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用倾斜助手对外扩影像进行智能删除,38420张影像删减了3725张照片,总体处理时间缩短12小时,效率提升了30%。

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3.5 模型生成

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空三计算完成后,在“3D view”下检查空三结果是否符合要求,如果空间坐标系 X、Y 轴与模型位置平行,控制点分布符合实际,说明空三结果正确,点击“Spatial framework”进行三维模型的设计。首先选择成果输出的坐标系类型,然后对三维模型的成图区域进行调整,设置合适的模型中心和分块大小,选择输出格式计算获取三维模型成果,如图 2 所示。

▲ 模型展示

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图 2 三维模型成果展示

04 成果应用

4.1 目标布局展示

三维建模成果可以对目标区域进行 360°环绕监测,通过点云分布、三角格网、纹理贴图展示真实三维效果,操作快捷、形象具体,对于快速掌握区域地理特点作用明显。

作者/石真真 编辑/梁漪媚

4.2 坐标获取及地形监测

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通过使用软件的量测工具,可以获取目标区域任意点的三维坐标数据,及由于地震、泥石流、山体滑坡等自然灾害对地形造成的破坏面积、体积(图3) 等信息,便于救灾人员准确掌握地理环境,及时开展灾害救援。

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图 3 地形监测

4.3 透视分析

通过窗口漫游,可以从不同的位置和角度对目标进行透视分析( 图 4) ,获取相应的距离和角度,便于选取最佳的位置实施测绘保障。

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图 4 透视分析

05 结 语

近几年我国自然灾害频发,运用无人机倾斜摄影测量技术可以快速获取灾区影像,结合真三维模

型进行监测和分析,极大地提高了应急测绘保障的时效性和真实性。下一步,笔者将结合三维模型成果格式多样化的特点,积极探讨三维模型成果与主流 GIS 平台的结合,更好地进行应急测绘保障的规划、模拟和演练。 

参考文献:

[1]李隆方,张著豪,邓晓丽.基于无人机影像的三维模型构建技术[J].测绘工程,2013,22( 4) : 85-89.

[2]谭金石,黄正忠.基于倾斜摄影测量技术的实景三维建模及精度评估[J].现代测绘,2015,38( 5) : 21-24.

[3]李秀全,陈竹安,张立亭.非量测相机影像三维模型构建及精度检验[J]. 测绘科学,2016,41( 6) : 144-147.

[4]郭凯文,刘恋,曹成荣.基于无人机倾斜摄影测量技术的三维模型构建研究[J].科学家,2016,14: 50-53.

[5]周杰.基于无人机倾斜摄影测量技术构建实景三维模型的方法研究[J].测绘与空间地理信息,2016,25: 47-49.

[6]朱国强,留用,程鹏正.无人机倾斜摄影技术支持下的三维精细模型制作[J].测绘通报,2016( 9) : 67-70.

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