基于無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)制作三維模型的精度分析

于澎

（遼寧省地理信息院，遼寧 沈陽(yáng) 110034）

摘要：本文闡述了多旋翼無(wú)人機(jī)搭載傾斜攝影平臺(tái)獲取影像數(shù)據(jù)配合高精度的后差分系統(tǒng)和少量的像控點(diǎn)，使用Smart3D軟件進(jìn)行三維建模，并將模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入TE Pro軟件對(duì)模型的精度進(jìn)行分析。同時(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該工藝制作的三維模型紋理清晰，空間位置精度能夠滿足1：500地形圖的相關(guān)要求，為智慧城市建設(shè)三維模型制作提供可靠的解決方案。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)傾斜攝影、后差分、Smart3D

1 引言：本文結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)任務(wù)，利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影后差分技術(shù)進(jìn)行影像獲取、建立模型、精度分析等。通過(guò)實(shí)驗(yàn)總結(jié)出無(wú)人機(jī)傾斜攝影后差分技術(shù)可提高POS精度應(yīng)用于制作三維模型其精度能夠滿足1：500地形圖精度要求，為后續(xù)數(shù)據(jù)開(kāi)應(yīng)用提供技術(shù)的支持。

2 無(wú)人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)及三維建模平臺(tái)

本實(shí)驗(yàn)區(qū)采用廣州紅鵬公司的微型無(wú)人機(jī)，該機(jī)具有飛行可靠性高、起飛和著陸場(chǎng)地要求低、操作使用簡(jiǎn)單、影像分辨率高等特點(diǎn)。相機(jī)由5個(gè)CCD集成可在同一時(shí)間獲取不同方向的影像數(shù)據(jù)，系統(tǒng)搭載的后差分模塊可以在作業(yè)時(shí)記錄飛機(jī)的飛行軌跡在配合地面基站聯(lián)合解算得出高精度POS數(shù)據(jù)，為三維建模的精度提供有力保障。實(shí)驗(yàn)區(qū)域采用Smart3D軟件進(jìn)行三維建模，該軟件是基于圖形運(yùn)算單元GPU的快速三維場(chǎng)景運(yùn)算軟件，整個(gè)過(guò)程無(wú)需人工干預(yù)就可以從簡(jiǎn)單連續(xù)影像中生成最逼真的實(shí)景真三維場(chǎng)景模型。后期精度統(tǒng)計(jì)使用Skyline公司的TE Pro軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析等。

3實(shí)驗(yàn)區(qū)概述

本攝區(qū)位于遼寧省鐵嶺市昌圖縣，測(cè)區(qū)面積約0.7km?，區(qū)域內(nèi)地勢(shì)平坦，高差起伏小，平均海拔96米。

4實(shí)驗(yàn)方案

4.1實(shí)驗(yàn)流程。本次實(shí)驗(yàn)總體技術(shù)流程分為傾斜攝影數(shù)據(jù)獲取、三維建模、三維模型分析三個(gè)部分，流程如圖所示。

4.2 航線設(shè)計(jì)。本實(shí)驗(yàn)區(qū)利用DJI進(jìn)行航線設(shè)計(jì)，并考慮聚合物鋰電池的續(xù)航能力，確定每架次飛行時(shí)間在15分鐘左右。共設(shè)計(jì)飛行6個(gè)架次，航高100米，地面分辨率為0.03米，航向及旁向重疊均大于75%，每架次左右連接處間隔大于半條基線，上下連接處重疊大于30米。

4.3航攝輔助系統(tǒng)。本次航攝采用后差分技術(shù)，并配套使用GGPos GNSS動(dòng)態(tài)后處理軟件，在本攝區(qū)內(nèi)選用全省聯(lián)測(cè)B、C級(jí)點(diǎn)作為地面基站。結(jié)合無(wú)人機(jī)搭載后差分接收機(jī)AGS 200，可實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)動(dòng)態(tài)差分定位。

4.4像控點(diǎn)選點(diǎn)測(cè)量。利用省級(jí)CORS站配合GPSRTK技術(shù)對(duì)像控點(diǎn)進(jìn)行施測(cè)。三次平滑求平均數(shù)采集記錄數(shù)據(jù)。平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用國(guó)家2000直角坐標(biāo)系，高程采用黃海1985高程基準(zhǔn)。

4.5三維模型。實(shí)驗(yàn)區(qū)域采用Smart3D軟件進(jìn)行模型空三加密及三維建模，整個(gè)建模過(guò)程人工干預(yù)量少可快速自動(dòng)進(jìn)行幾何處理、多視匹配、三角網(wǎng)構(gòu)建、自動(dòng)賦紋理等。

1、數(shù)據(jù)下載、解算POS。影像獲取完成后分別下載保存五個(gè)角度影像數(shù)據(jù)、差分模塊所獲取的軌道參數(shù)信息、地面基站數(shù)據(jù)等，在通過(guò)GGPos動(dòng)態(tài)后處理軟件聯(lián)合解算求出高精度軌道坐標(biāo)值。

2、數(shù)據(jù)資料整理。數(shù)據(jù)下載完成后，我們對(duì)獲取的測(cè)區(qū)影像和POS進(jìn)行質(zhì)量檢查并統(tǒng)一編號(hào)。分析測(cè)區(qū)概況、建筑物高差信息、河流信息、航攝信息、數(shù)據(jù)量、磁盤(pán)空間、分區(qū)等情況，并整理模型區(qū)域的控制點(diǎn)、檢查點(diǎn)等。

3、設(shè)定初始參數(shù)、建立工程。根據(jù)影像信息，設(shè)置相機(jī)參數(shù)、主距以及相片的坐標(biāo)信息等。建立工程設(shè)置參數(shù)并導(dǎo)入影像和POS數(shù)據(jù)。

4、空三加密初始化。根據(jù)導(dǎo)入的影像數(shù)據(jù)和POS信息對(duì)傾斜攝影數(shù)據(jù)先進(jìn)行簡(jiǎn)單的空三計(jì)算得到相片之間的位置關(guān)系，此操作方便后續(xù)導(dǎo)入像控點(diǎn)。

5、像控點(diǎn)選刺、定義坐標(biāo)系統(tǒng)。通過(guò)簡(jiǎn)單的空三計(jì)算我們得出三維模型概略的空間位置關(guān)系，然后導(dǎo)入像控點(diǎn)進(jìn)行選刺點(diǎn)。選擇像控點(diǎn)時(shí)每個(gè)架次連接處選取相應(yīng)的像控點(diǎn)以及在測(cè)區(qū)轉(zhuǎn)角處選取，其它地區(qū)均勻分布。本攝區(qū)共選取25個(gè)像制點(diǎn)作為空三定向點(diǎn)。

6、空三加密。像控點(diǎn)選刺完畢，提交空三進(jìn)行計(jì)算，軟件根據(jù)影像的特征及POS數(shù)據(jù)信息提取匹配點(diǎn)，并且按照像控點(diǎn)的坐標(biāo)位置進(jìn)行絕對(duì)定向，從而得到三維模型空間地理坐標(biāo)。通過(guò)空三報(bào)告可以看出像控點(diǎn)和影像匹配的模型點(diǎn)中誤差分別為0.28PX（像素）和0.72PX（像素），其空三滿足1：500圖規(guī)范要求。

7、框定三維模型建模范圍。根據(jù)成圖的范圍外擴(kuò)30米做為生成模型的實(shí)際范圍。

8、點(diǎn)云提取和建模。設(shè)定模型生成高程范圍盡量貼近但大于實(shí)際范圍，跟據(jù)空三加密信息成果自動(dòng)提取點(diǎn)云并建模（點(diǎn)云構(gòu)造三角網(wǎng)、生成白模、貼復(fù)紋理）。

9、模型打包輸出。設(shè)定輸出坐標(biāo)系CGCS2000，高斯投影3度分帶中央經(jīng)線123度，85高程基準(zhǔn)將生成的模型輸出成通用的osgb格式。

4.6精度檢測(cè)。本實(shí)驗(yàn)區(qū)域應(yīng)用真實(shí)三維場(chǎng)景進(jìn)行精度統(tǒng)計(jì)，采用Skyline公司生產(chǎn)的TE Pro軟件進(jìn)行精度統(tǒng)計(jì)其平面點(diǎn)檢測(cè)45個(gè)中誤差為0.074米，高程點(diǎn)52個(gè)中誤差為0.09。精度統(tǒng)計(jì)如表：

結(jié)論：本文闡述了無(wú)人機(jī)傾斜攝影利用后差分技術(shù)進(jìn)行三維建模的案例，完成了鐵嶺市昌圖縣0.7平方公里的三維建模任務(wù)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明該技術(shù)制作出的三維模型空間位置精度滿足城市1：500地形圖的精度要求，可以應(yīng)用于小范圍地形圖測(cè)量以及三維模型地形修測(cè)。

參考文獻(xiàn)

[1]曲林，馮洋，支玲美，高文慧 基于無(wú)人機(jī)傾斜攝影數(shù)據(jù)的實(shí)景三維建模研究 測(cè)繪與空間地理信息， 2015（3）：38-39