基于無人機航測的壩上如意河流域正射影像獲取及全景三維建模

曹文民 林亞衛(wèi)

(河北省水文工程地質(zhì)勘查院 石家莊 050021)

隨著測繪技術(shù)的發(fā)展，無人機航測以其快速、便捷、經(jīng)濟的特點在測繪行業(yè)中得到快速應(yīng)用。采用無人機航測技術(shù)，能夠快速獲取待測區(qū)域高分辨率正射影像。全景三維建模技術(shù)可以直觀、立體、全方位地展示地形、地貌等特征，相對于傳統(tǒng)三維建模，具有成本低、建模效率高等優(yōu)點。

以無人機航測技術(shù)，采集承德壩上如意河流域的影像數(shù)據(jù)，使用INPHO數(shù)字?jǐn)z影測量工作站進行空三加密平差解算，利用加密成果進行模型編輯，在數(shù)字?jǐn)z影測量工作站上生成、編輯測區(qū)數(shù)字高程模型DEM，利用生成的DEM對航片進行正射糾正，制作測區(qū)的真彩色數(shù)字正射影像DOM。利用收集的資料，設(shè)置全景點位，采用大疆御MAVIC2無人機進行全景采集，并進行處理，制作三維全景圖，為后期該地區(qū)資源環(huán)境承載力綜合地質(zhì)調(diào)查與評價工作提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 測區(qū)概況

如意河區(qū)域位于圍場滿族蒙古族自治縣西北方向的國營御道口牧場境內(nèi)，介于東經(jīng)117°05′～117°22′，北緯42°12′～42°18′范圍內(nèi)(圖1)。該區(qū)域地處內(nèi)蒙古高原和冀北山地的過渡帶，為陰山山脈、大興安嶺山脈的尾部與燕山山脈的結(jié)合部，地勢西北高東南低。地處壩下、接壩、壩上三大地形區(qū)，主要位于壩上草原地區(qū)，平均海拔1500 m。

圖1 測區(qū)范圍

2 作業(yè)流程

本次工作主要包括：野外踏勘、像控點及全景點布設(shè)、數(shù)據(jù)采集、正射影像生產(chǎn)、全景影像制作、全景模型展示等(圖2)。

圖2 作業(yè)流程圖

2.1 像控點及全景點布設(shè)

本次像控點全部采用平高布點，1∶1000成圖，區(qū)域平高點航向間隔10條基線，旁向間隔1條航線，平高點采用“品”字形排列。像控點布點時要求測區(qū)周邊及轉(zhuǎn)折處須布設(shè)平高點，中間散列布設(shè)檢查點，檢查點按平高點同等精度觀測，檢查點的位置不做要求，以測區(qū)內(nèi)地物明顯處，方便觀測為原則，共布設(shè)像控點148個。利用收集的影像布設(shè)全景點，測區(qū)南北長約19 km，東西長29 km，按照布滿整個測區(qū)為原則，每2 km布設(shè)一個全景點，共布設(shè)300個全景點。

2.2 航線設(shè)計

本系統(tǒng)的航帶設(shè)計采用德國進口軟件自動布設(shè)航線，在軟件中輸入測區(qū)四角坐標(biāo)(WGS84)，根據(jù)成圖比例尺，軟件自動根據(jù)國家規(guī)范要求布設(shè)出合理的航線。

根據(jù)技術(shù)指標(biāo)及要求的規(guī)定、整個攝區(qū)的地形特點、航攝儀的飛行要求、成圖分幅的要求等，將整個測區(qū)劃分為1個分區(qū)。航線敷設(shè)方向為東西方向飛行；航帶旁向重疊為80%，航向重疊為70%，相對航高為620 m。

根據(jù)項目要求，并結(jié)合使用迪奧普SV360無人機、索尼相機自身性能指標(biāo)，制定各飛行參數(shù)。

2.3 數(shù)據(jù)獲取

根據(jù)航線設(shè)計，無人機作業(yè)過程中，無人機觀察員必須時刻注意飛機電壓變化、高度變化、衛(wèi)星顆數(shù)、pDOP值變化情況(平原地區(qū)1.0，山區(qū)為0.7～0.8)。飛控手時刻觀察飛機狀況，注意無人機航線方向是否有電線等障礙物，根據(jù)觀察員及飛機狀況時刻準(zhǔn)備人為控制飛機，避免墜機等事故發(fā)生。

360°全景拍照通過云臺控制器(GCU)的AUX1通道控制，撥動一次AUX1開關(guān)，云臺即啟動全景拍照功能；再次撥動則關(guān)閉該功能。全景拍照程序總共拍攝37張照片，總拍攝時間約為100 s。在全景拍照程序完成前，云臺不受遙控器搖桿控制。若想終止全景拍照程序，撥動一次AUX1開關(guān)即可，云臺將恢復(fù)MODE通道所設(shè)置的控制模式。

2.4 正射影像生產(chǎn)

利用DEM、航攝影像及對應(yīng)的空三加密計算的外方位元素，在全數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)INPHO中可以進行DOM 的微分正射糾正生產(chǎn)。作業(yè)流程：數(shù)據(jù)準(zhǔn)備→微分糾正→勻色(色調(diào)調(diào)整)→鑲嵌→裁切→修飾。

2.5 全景三維建模及可視化

采用krpano軟件進行批量全景照片合成，檢查拼縫整齊度優(yōu)于3.6(綠標(biāo))后進行批量生成。如遇拼接失敗案例則采用 ptgui pro 軟件進行逐一拼接，并人工調(diào)整控制點，拼接畫面。拼接完成后，采用photoshop軟件進行曝光色彩平衡的調(diào)整。將拼接好的全景圖片坐標(biāo)點，批量導(dǎo)入GIS軟件進行點位檢查，查看有無重疊，漏點等情況。

以KRPANO插件和如意河正射影像圖為基礎(chǔ)，以B/S架構(gòu)服務(wù)和GEOSERVER地圖服務(wù)為服務(wù)平臺，采用HTML、JAVASCRIPT、XML語言，實現(xiàn)了承德壩上高原如意河流域正射和全景三維建模可視化平臺。該平臺實現(xiàn)了正射影像圖與全景點點位疊加渲染，并與302張三維全景圖相關(guān)聯(lián)，在瀏覽器上展示，提高了三維全景圖直觀性、可操作性，表現(xiàn)內(nèi)容更加豐富細(xì)膩。

3 成果展示

(1)正射影像成果如圖3所示。

圖3 正射影像成果

(2)全景可視化成果如圖4所示。

4 結(jié)語

此次工作采用無人機航測技術(shù)，完成了對承德壩上高原如意河流域面積約200 km2的航測任務(wù)，提交了該流域0.1 m分辨率正射影像和覆蓋全流域的302幅全景影像并完成全景三維建模及可視化，為后期該地區(qū)資源環(huán)境承載力綜合地質(zhì)調(diào)查與評價工作提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。