公司荣誉

公司总工张林以第一作者发表论文-无人机倾斜摄影测量技术在测绘项目中的应用总结与分析

发布日期:2019-10-15浏览量: 15

无人机倾斜摄影测量技术在测绘项目中的应用总结与分析

张林 魏雪牛 张晓云

(四川云成测绘有限责任公司,四川 南充 637100

 

【摘  要】:相比传统的无人机航测技术,无人机倾斜摄影测量技术的应用,降低了航空摄影测量入门门槛,提高了作业效率。利用Smart 3D等三维建模软件及EPSCASS等测绘软件,形成实地三维模型与测绘要素联动,实现了裸眼三维测图,推动测绘行业的整体发展水平。

AbstractCompared with the traditional UAV aerial survey technology, the application of UAV tilt photogrammetry technology reduces the threshold of aerial photogrammetry and improves the operational efficiency. By using 3D modeling software such as Smart 3D and surveying software such as EPS and CASS, the field three-dimensional model and mapping elements are linked, and the naked-eye 3D mapping is realized, which promotes the overall development level of Surveying and mapping industry.

关键词:无人机;倾斜摄影测量技术;三维建模;裸眼测图

KeywordsUAV; Tilt Photogrammetry Technology; 3D Modeling; Naked eye mapping

 

随着无人机航测技术及图形视觉技术的发展,无人机倾斜摄影测量技术应运而生。它的出现,带动了测绘行业的技术革新与发展,使测绘行业不止局限于本行业,改变了测绘行业的生产方式,与传统的测绘作业相比,大大地提高了行业的作业效率。

基于五镜头的航测飞行平台可同时获取一个垂直四个倾斜等不同角度的影像通过Smart 3D等软件进行空中三角测量,全自动化构建三维模型,全自动化贴膜形成最终的真实三维场景;利用EPSCASS等测绘软件加载三维模型,可对地物地貌进行碎部点采集及数据编辑,通过实地核实及修补测,形成我们常用的二维数字线画图(DLG)。

1. 无人机倾斜摄影三维建模测绘流程

 

 

 

 

 

 

http://1258652760.qy.iwanqi.cn/system/ueditor/themes/default/images/spacer.gif        

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1、相控点的布设要求

    倾斜摄影测量的相控点的采集,不同于传统航测及遥感影像相控的采集,需先行布设相控点。

相控点的材料可选预先制作好的带十字交叉的反光标志,也可利用红色油漆及石灰粉等现场绘制,宽度根据测图比例尺要求绘制。如,1:500选用小于125px宽的标记,1:1000小于250px,以此类推。

相控点的布设,需根据航线布设来进行,一般是在航线内成“米”型布设,即中间一个,周边均匀分布;两两分区航线间需布设两个及以上相控点,以便后期空三加密处理。

1.2、相控点的测量精度要求

测绘用途的三维建模,需要有严格的相控点测量要求,这涉及我们所需成果的地理坐标精度要求。因此,在相控点的测量中,我们利用GPS控制测量技术,在采集时严格采集相控点的中心位置,对所布设的相控点进行严格的差分解算,精度满足相关测绘规范要求。

1.3、航线布设要求

    应对较大航测区域时应进行分区,分区时应使每两个区块的航线重叠1-2条,方便空三测量建立连接点及模型拼接;要使航测区域内的三维模型完整,在航线布设时,应该向区域范围外扩展相对航高的范围并布设航线。航向尽量东西向布设,以消除纬度带来的误差影响。

1.4、空中三角测量要求

空中三角测量是立体摄影测量中,根据少量的野外控制点,在室内进行控制点加密,求得加密点的高程和平面位置的测量方法。其主要目的是为缺少野外控制点的地区测图提供绝对定向的控制点。

在每次空三后,需检查点云成果是否完整,是否出现断层错层的现象,如出现上述情况,需重新进行空中三角测量,直至不在出现上述情况,以保证我们后期生产的三维模型不出现空洞,断层错层的状况。

1.5、模型要求

模型格式采用OSGB格式,方便EPSCASS等测绘软件的加载。生产出来的三维模型,在浏览时不应出现拉花、空洞、错层的现象,否则会影响到测绘工作的地理精度;对模型出现拉花等需进行修正处理。

2、裸眼三维立体测图

传统的航测方式是通过佩戴立体眼镜,配备手轮胶盘及三维鼠标等方式进行数据特征点等数据的采集工作。学习时间长,专业设备上手较慢,工序繁杂,不利于三维立体测图的大范围推广。

裸眼三维立体测图则不同于传统的测图方式,它是通过计算机图形视觉技术,把地形地貌通过三维模型的方式展现给用户,不用佩戴立体眼镜及使用手轮胶盘、三维鼠标等设备,只需我们一台电脑设备及常用鼠标设备,具备可视真三维场景的直观性。因此,测量工作人员能够很快适应并上手工作,利于三维立体测图的推广使用。

3、数据精度

根据测试及相关测绘项目的实际开展情况,通过我们野外实测采集数据对比分析,发现在规定的设计航高、重叠率、采样间距(或采样时间间隔)获取的影像,在通过三维建模,生产出的数字线画图(DLG)的平面精度及高程精度是完全满足现行测绘规范要求的地理精度及数学精度。具体体现如某1:500三维建模航测项目精度统计分析表:

序号

图上平面(m)

地物高程(m)

序号

图上平面(m)

地物高程(m)

点数

中误差

点数

中误差

点数

中误差

点数

中误差

1

29

±0.05

28

±0.03

13

29

±0.06

27

±0.05

2

30

±0.04

29

±0.03

14

23

±0.04

21

±0.05

3

29

±0.04

27

±0.03

15

29

±0.05

27

±0.04

4

30

±0.05

30

±0.04

16

30

±0.03

29

±0.02

5

21

±0.05

21

±0.04

17

29

±0.03

28

±0.03

6

27

±0.04

27

±0.04

18

29

±0.03

29

±0.03

7

26

±0.04

26

±0.05

19

30

±0.03

30

±0.04

8

21

±0.04

21

±0.05

20

28

±0.04

27

±0.03

9

23

±0.05

21

±0.04

21

28

±0.04

28

±0.04

10

26

±0.05

24

±0.04

22

30

±0.04

30

±0.04

11

23

±0.06

19

±0.03

23

29

±0.04

29

±0.03

12

30

±0.04

28

±0.04

24

29

±0.03

19

±0.04

我们可以发现平面位置中误差±0.03—±0.06,高程中误差在±0.03—±0.05,完全满足我们1:500地形测量精度的需要。

4、三维立体测图的优势与劣势分析

4.1、三维立体测图的优势

测绘项目中使用低空无人机倾斜无人机航空摄影测量技术,采用EPS软件的三维立体测图模块,实现了二三维联动一体化进行地形图测绘,其优势体现在一下几个方面:

1)数据生产中心由外业转向内业,生产作业劳动强度降低;

2)以实景三维模型数据为源数据,多视角作业,作业效率提升;

3)生产过程干扰因素小,且采集过程不受现场因素影响;

4)数据检核具有可重复性,数据精度保障性强。

4.2、三维立体测图的劣势

     1)三维立体测图在我国的华北西北植被稀疏区域,有较大的区域优势;但在我国的西南、华南区域植被茂盛,大面积竹林、乔木等树丛会掩盖部分建(构)筑物、地物地貌,使内业无法判别,即无法准确获取相关地物地貌的详细地理信息,这样会增加一部分外业调查的工作量。

2)三维立体测图依赖三维模型,但三维模型获取影响数据及处理影响数据的硬件,如倾斜摄影测量相机、计算机服务器及计算软件价格高昂,一般的小型单位是无法承受其成本。

3)三维模型的影像数据受天气及季节限制,在光线变化较快、植被生长较快的季节,获取的影像数据在三维建模时会出现较多的问题,处理起来很麻烦,这需要有丰富航测经验的工程师进行处理。

4)三维模型数据一般较大,稍微大一点的区域,其数据量会达到100GB级,一般的计算机设备不能很好的浏览及应用。

5)三维模型数据目前的应用的方面还不是很多,多利用在测量,及展示展览方面,利用率不是很高,这造成数据资源的浪费。

5、技术展望

随着计算机设备、航测设备及软件的发展应用,会有越来越多的人了解和使用我们的三维成果,只有在最广大的人民基础上才能把我们的倾斜摄影航测技术及三维建模技术进行推广,就像我们的互联网及现在的智能手机一样,使大多数的人们能够掌握和使用,并创造出价值,才能使我们的航测事业更进一步。

6、结束语

    通过测绘项目实践证明,无人机倾斜摄影测量精度已经超过常规测绘精度。再加上效率远远超出常规测绘,可以看出无人机倾斜摄影测量技术虽然不能替代常规测绘,但在此技术上可以为测量行业带来一个新的层面,上一个新台阶,无人机倾斜摄影测量技术必将成为无人机测绘行业的中流砥柱。

无人机倾斜摄影测量技术,用先进的软件技术平台,通过计算机重新建模恢复现场实景,犹如一个宏大的数据沙盘,让设计者对整个区域的视觉宏观性把控提供了很好的科学依据。

参考文献

[1]王佩军,徐亚明, 摄影测量学(测绘工程专业)(第三版),武汉大学出版社,2016

[2]李德仁等编著,摄影测量与遥感概论,测绘出版社,2001

[3]马天驰等,用GPS定位技术确定相控点实践,测绘工程,1999

[4] 王静,基于无人机倾斜摄影的城市三维建模方法研究,科技创新导报,2017

[5] 周晓波,王军,周伟,基于无人机倾斜摄影快速建模方法研究,现代测绘,2017


分享: