旋翼無人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維建模技術(shù)在應(yīng)急測(cè)繪的應(yīng)用

姜信東

（江西煤田地質(zhì)局二二三地質(zhì)隊(duì)，江西鷹潭 335000）

多旋翼無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)通過超低空傾斜攝影，從一個(gè)垂直和四個(gè)特定角度傾斜方向獲取高清立體影像數(shù)據(jù)，并多角度采集影像數(shù)據(jù)，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)航空攝影的局限，同時(shí)經(jīng)過對(duì)無人機(jī)航攝像片及其對(duì)應(yīng)的POS 信息進(jìn)行的空三解算，獲取地面物體完整準(zhǔn)確的信息實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化三維建模。能同時(shí)輸出DSM、DOM、TDOM、DLG 等多種成果。

1 工程概況

某淤泥渣土受納場(chǎng)發(fā)生滑坡，按地質(zhì)災(zāi)害事故搶險(xiǎn)救災(zāi)應(yīng)急處置預(yù)案，在救災(zāi)指揮現(xiàn)場(chǎng)制作出受災(zāi)區(qū)域現(xiàn)狀影像資料、三維數(shù)據(jù)模型。根據(jù)測(cè)繪任務(wù)要求立即響應(yīng)進(jìn)入緊急任務(wù)狀態(tài)，迅速組織測(cè)繪人員及儀器設(shè)備，到現(xiàn)場(chǎng)開展應(yīng)急測(cè)繪。

本項(xiàng)目采用大疆M600多旋翼無人機(jī)進(jìn)行航攝，采用GNSS 技術(shù)與全站儀相結(jié)合的方法布設(shè)野外像控點(diǎn)，采用ContextCapture 軟件進(jìn)行傾斜三維模型的生產(chǎn)。

完成工作量：野外像控點(diǎn)3 個(gè)，數(shù)字高程模型DEM、數(shù)字正射影像圖DOM、真三維建模（OSGB、smx格式）0.1km2，數(shù)字正射影像掛圖（1∶1000）一幅。

2 儀器、設(shè)備配備情況

本次應(yīng)急測(cè)繪投入的主要儀器設(shè)備見圖1，本項(xiàng)目中所使用的儀器、設(shè)備均經(jīng)過國(guó)家授權(quán)的質(zhì)量檢定機(jī)構(gòu)檢定合格。

3 軟件信息

本次應(yīng)急測(cè)繪使用軟件如表1所示。

表1 測(cè)繪使用軟件圖

4 工作流程

本次測(cè)繪首先用旋翼無人機(jī)對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行傾斜攝影，然后采用GNSS RTK 輔助ContextCapture 系統(tǒng)進(jìn)行空三加密、密集匹配、TIN 建立以及紋理映射等處理，實(shí)現(xiàn)實(shí)景三維建模；最后進(jìn)行外業(yè)檢查，對(duì)其成果精度進(jìn)行檢驗(yàn)，提交成果。具體流程見圖2。

5 數(shù)據(jù)獲取及建模處理

5.1 像控點(diǎn)布設(shè)及測(cè)量

像控點(diǎn)的精度和數(shù)量直接影響到航測(cè)數(shù)據(jù)后處理的精度，像控點(diǎn)的布設(shè)和選擇應(yīng)當(dāng)規(guī)范、嚴(yán)格、精確。像控點(diǎn)選在影像清晰的明顯地物點(diǎn)、地物拐角點(diǎn)、接近正交的線狀地物交點(diǎn)或固定的點(diǎn)狀地物上。當(dāng)刺點(diǎn)目標(biāo)與位置不能兼顧時(shí)，以目標(biāo)為主。高程點(diǎn)選在局部高程變化小且點(diǎn)位周圍相對(duì)比較平坦地區(qū)。用油性噴漆現(xiàn)場(chǎng)涂刷航測(cè)專用標(biāo)識(shí)；涂刷大小大于50cm，并且菱角不虛邊；編號(hào)涂刷，字體清晰，字體高度大于30cm?；蚍胖脴?biāo)靶板，像控點(diǎn)在相鄰像片上均清晰可見。

（1）本次在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)共布設(shè)3 個(gè)像控點(diǎn)，像控點(diǎn)編號(hào)分別為E1-E3，坐標(biāo)系統(tǒng)：深圳獨(dú)立坐標(biāo)系；高程系統(tǒng)：1956年黃海高程系。

（2）像控點(diǎn)測(cè)量方法為GNSS RTK 測(cè)量，在深圳CORS 系統(tǒng)有效服務(wù)區(qū)內(nèi)采用網(wǎng)絡(luò)RTK 測(cè)量。測(cè)量使用儀器：中海達(dá)IRTK2RTK，定位精度：水平：±8mm+1ppmRMS，垂直：±15mm+1ppmRMS。像控點(diǎn)測(cè)量時(shí)，測(cè)回?cái)?shù)≥2 次，GNSS 衛(wèi)星狀況滿足條件為15°以上的衛(wèi)星個(gè)數(shù)≥6，PDOP值＜4。測(cè)回間較差滿足規(guī)范要求后取兩測(cè)回的平均值作為最終觀測(cè)成果。按規(guī)范要求，像控點(diǎn)測(cè)量完成后，用全站儀進(jìn)行邊長(zhǎng)、角度檢核并連測(cè)一個(gè)已知控制點(diǎn)。經(jīng)檢核像控點(diǎn)相對(duì)鄰近等級(jí)控制點(diǎn)點(diǎn)位中誤差不超過圖上0.1mm。高程中誤差不超過基本等高距的1/10（本項(xiàng)目基本等高距為0.5m），滿足規(guī)范要求。

5.2 外業(yè)數(shù)據(jù)獲取

（1）采用多旋翼無人機(jī)大疆經(jīng)緯M600Pro無人機(jī)、睿鉑Riy-DG3相機(jī)組成傾斜攝影系統(tǒng)，進(jìn)行了傾斜攝影。

（2）利用Google Earth 收集下載測(cè)區(qū)衛(wèi)星影像圖，按應(yīng)急測(cè)繪范圍，規(guī)劃為1個(gè)航帶，設(shè)置航向重疊率為80%，旁向重疊率為70%，航高設(shè)置為200m，在此基礎(chǔ)上利用大疆專業(yè)航攝軟件進(jìn)行航線設(shè)計(jì)。

（3）影像質(zhì)量檢查。任務(wù)航線執(zhí)行完畢后，立即對(duì)POS 文件和像片文件進(jìn)行質(zhì)量檢查，通過對(duì)影像質(zhì)量檢查分析可知，航向重疊度為80%，旁向重疊度為70%；符合山地：80%±2%和≥50%的要求。其飛行穩(wěn)定，航線彎曲度、行高保持良好，相片紋理清晰、層次豐富、色調(diào)均勻且航攝過程中未出現(xiàn)的絕對(duì)漏洞、相對(duì)漏洞及其它數(shù)據(jù)嚴(yán)重缺失、缺陷或精度不夠等現(xiàn)象；影像有較豐富的層次、能辨別與地面分辨率相適應(yīng)的細(xì)小地物影像，滿足外業(yè)全要素精確調(diào)繪和室內(nèi)判讀的要求。檢查合格后提交內(nèi)業(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

5.3 POS數(shù)據(jù)處理

（1）POS 數(shù)據(jù)解算。測(cè)區(qū)航線上的POS 數(shù)據(jù)解算結(jié)果，三個(gè)坐標(biāo)分量的精度分別應(yīng)優(yōu)于0.08m（RMS），三個(gè)角度分量（roll/pitch/heading）的精度分別應(yīng)優(yōu)于0.01°（RMS）。

（2）首先對(duì)檢查合格的像片進(jìn)行勻光勻色處理，然后將合格的影像數(shù)據(jù)以及對(duì)應(yīng)的POS數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維建模軟件。

（3）將經(jīng)檢效合格的相機(jī)參數(shù)導(dǎo)入三維建模軟件。

（4）導(dǎo)入外業(yè)像控點(diǎn)，并將每個(gè)控制點(diǎn)在相應(yīng)照片上進(jìn)行刺點(diǎn)在每級(jí)影像上進(jìn)行同名點(diǎn)匹配。

（5）空中三角測(cè)量，多視角影像的空三加密以初始GNSS數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用影像匹配，在每級(jí)影像上進(jìn)行同名點(diǎn)匹配和光束法平差獲取精確的外方位元素，進(jìn)行幾何校正，最后將平差后的數(shù)據(jù)（三個(gè)坐標(biāo)信息及三個(gè)方向角信息）賦予每張傾斜影像，使得它們具有在虛擬三維空間中的位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)，至此傾斜影像即可進(jìn)行實(shí)時(shí)量測(cè)，每張斜片上的每個(gè)像素對(duì)應(yīng)真實(shí)的地理坐標(biāo)位置。選擇輸出模型的坐標(biāo)系和格式，提交三維模型生產(chǎn)。

5.4 傾斜攝影測(cè)量三維模型及三維點(diǎn)云生產(chǎn)

（1）利用ContextCapture 軟件，通過服務(wù)器集群建模輸出三維模型成果，并進(jìn)行自動(dòng)貼圖處理。

（2）對(duì)三維模型進(jìn)行檢查，對(duì)檢查發(fā)現(xiàn)的不合格模型數(shù)據(jù)進(jìn)行TIN 編輯和紋理編輯處理，最終輸出合格的三維模型成果。

（3）利用三維模型生產(chǎn)測(cè)區(qū)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換：將生產(chǎn)出的XYH三維坐標(biāo)系成果統(tǒng)一歸算到制圖坐標(biāo)系下的二維XY形式。

5.5 數(shù)字正射影像圖生產(chǎn)

（1）利用ContextCapture 軟件，通過服務(wù)器集群建模輸出數(shù)字正射影像成果。

（2）對(duì)數(shù)字正射影像圖進(jìn)行影像鑲嵌質(zhì)量進(jìn)行檢查，由于地物幾何坐標(biāo)的拼接，和影像色彩（灰度）的過渡會(huì)影響正射影像視覺的整體效果，應(yīng)盡量減少影像數(shù)據(jù)明顯拼接痕跡。對(duì)經(jīng)檢查不合格的拼接進(jìn)行修正，然后輸出合格的數(shù)字正射影像圖成果。

編制邊坡區(qū)域及周邊1∶1000 正射影像掛圖，地面分辨率優(yōu)于0.05m，格式為TIFF。

6 小結(jié)

（1）傾斜航空攝影后期影像數(shù)據(jù)匹配是傾斜攝影技術(shù)實(shí)用性的關(guān)鍵。

（2）像控點(diǎn)布設(shè)的數(shù)量和位置是測(cè)繪成果精度的保證。實(shí)際工作中像控點(diǎn)布設(shè)應(yīng)注意：像控點(diǎn)選在影像清晰的明顯地物點(diǎn)、地物拐角點(diǎn)、接近正交的線狀地物交點(diǎn)或固定的點(diǎn)狀地物上。當(dāng)刺點(diǎn)目標(biāo)與位置不能兼顧時(shí)，以目標(biāo)為主。高程點(diǎn)選在局部高程變化小且點(diǎn)位周圍相對(duì)比較平坦地區(qū)。準(zhǔn)備油性噴漆、標(biāo)靶板，像控點(diǎn)在相鄰像片上均清晰可見。