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        淺析無人機(jī)傾斜攝影測量在礦山測量中的應(yīng)用

        2019-02-09 21:21:19袁想堂
        世界有色金屬 2019年9期
        關(guān)鍵詞:測量模型

        袁想堂

        (甘肅煤田地質(zhì)局一四六隊(duì),甘肅 平?jīng)?744000)

        與傳統(tǒng)地圖測繪方式相比,無人機(jī)傾斜攝影能夠解決其作業(yè)效率低、出圖時(shí)間長、成本較高的缺點(diǎn)。傳統(tǒng)的測圖方式中,需要外業(yè)工作人員去野外實(shí)地作業(yè),獲取高程點(diǎn),缺乏安全保障,并且傳統(tǒng)的航空攝影測量進(jìn)行礦山測量的過程中,又存在著成本高,對野外環(huán)境尤其是天氣條件較為苛刻的要求,作業(yè)周期較長,因此傳統(tǒng)攝影測量也在礦山測量等測繪應(yīng)用中受了較多限制。

        1 傾斜攝影技術(shù)概述

        與無人機(jī)垂直攝影測量不同,傾斜攝影測量時(shí),通常是在同一個(gè)飛行器上搭載多個(gè)傳感器,從垂直、傾斜等多個(gè)不同角度采集所需影像,獲取相對更完整準(zhǔn)確的地面物體的相關(guān)信息。然后內(nèi)業(yè)通過對傾斜攝影測量采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,進(jìn)一步獲得地表數(shù)據(jù)更多的側(cè)面信息,通過數(shù)據(jù)整合,使之成為一個(gè)具有地物權(quán)方位信息的數(shù)據(jù),并生成對應(yīng)的三維模型,以便后續(xù)其他數(shù)據(jù)資料的采集與處理。

        無人機(jī)垂直攝影測量往往獲得的只是地物的俯視圖像,也因視場角的問題,影像邊緣能獲取一部分地物側(cè)面信息,旁向方向上沒有重疊的區(qū)域會(huì)受投影差的影響,地物被遮擋的其他部分基本很難獲取相關(guān)信息。而傾斜攝影測量的多鏡頭多角度測量,彌補(bǔ)了垂直攝影測量的不足,通過前視、后視、左視、右視四個(gè)方向拍攝的地物信息,更多地獲取地物的側(cè)面相關(guān)信息,因遮擋無法獲取影像的問題也得到了很好的解決。

        傾斜攝影測量獲得的影像及模型能夠真實(shí)地反映地物的實(shí)際情況,彌補(bǔ)了單一正射影像圖在應(yīng)用中的不足。通過相關(guān)配套軟件的適用,傾斜攝影測量也可實(shí)現(xiàn)單張影像測量。針對各種三維數(shù)字城市的應(yīng)用,利用航空攝影大規(guī)模成圖的特點(diǎn),通過使用傾斜攝影測量獲得的影像及貼紋理的方式,能夠有效地降低三維建模所花費(fèi)的成本,而且傾斜攝影測量獲得的數(shù)據(jù)量相對較小,其影響數(shù)據(jù)格式能夠使用成熟的技術(shù)快速的發(fā)布于網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)多方共享。

        2 實(shí)例應(yīng)用

        本次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以甘肅省平?jīng)鍪嗅轻紖^(qū)某地農(nóng)房一體化調(diào)查野外實(shí)測數(shù)據(jù)為依據(jù),通過無人機(jī)傾斜攝影采集圖像建立模型后,選擇與實(shí)測數(shù)據(jù)中成果點(diǎn)相對應(yīng)的檢測點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)對比,得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

        2.1 數(shù)據(jù)采集所用無人機(jī)及搭載相機(jī)相關(guān)參數(shù)

        本文中所用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),使用大疆M600 PRO六旋翼無人機(jī)搭載紅鵬AP5600微型傾斜相機(jī)進(jìn)行采集。

        大疆M600 PRO是全球飛行影像系統(tǒng)的開拓者和領(lǐng)導(dǎo)者深圳市大疆創(chuàng)新科技有限公司于2016年11月上市的一款六軸飛行器,飛行器載重為6kg,最大飛行海拔高度為2500m,在無風(fēng)環(huán)境下作業(yè),其最大水平飛行速度可達(dá)65km/h,最大俯仰角度為25°,最大上升速度與最大下降速度分別為5m/s和3m/s。大疆M600 Pro全面支持大疆機(jī)載軟件開發(fā)套件和移動(dòng)端軟件開發(fā)套件,為不同行業(yè)應(yīng)用需求提供豐富接口。預(yù)留雙路電源擴(kuò)展接口,4個(gè)CAN口和1個(gè)API數(shù)據(jù)接口,可連接高精度D-RTK GNSS或第三方外置設(shè)備,定制化滿足專業(yè)需求。

        微型傾斜相機(jī)AP5600集成了一個(gè)垂直和四個(gè)傾斜相機(jī),適用于小范圍高分辨率的傾斜攝影測量任務(wù),相機(jī)尺寸為230mm×260mm×260mm,重量僅2.5kg,搭載的五個(gè)傳感器尺寸為23.2mm×15.4mm。焦距為20mm,側(cè)視鏡頭傾斜角為45°,單鏡頭像素為2010萬,測得像元物理尺寸為4.25μm。其采集的影像分辨率最高可達(dá)2cm,可滿足1:500航攝規(guī)范要求,采集的影像也可通過建模軟件自動(dòng)生產(chǎn)高分辨率、高精度的真三維模型。

        2.2 數(shù)據(jù)處理軟件簡介

        本次數(shù)據(jù)處理主要采用了實(shí)景建模軟件ContextCapture(原Smart 3D)、EPS三維測圖系統(tǒng)及南方CASS9.1。

        實(shí)景建模軟件ContextCapture是Bentley公司于2015年收購的法國公司Acute3D公司的產(chǎn)品,該軟件能夠很好地和Bentley的應(yīng)用模塊集成,融入到用戶的工作流程中,解決用戶的問題。ContextCapture能夠通過野外飛行采集的數(shù)據(jù),建立出一個(gè)真實(shí)的模型。該軟件能夠兼容多種數(shù)據(jù)格式,優(yōu)化的算法使之提供的模型數(shù)據(jù)量只是同類系統(tǒng)軟件大概1/4的數(shù)據(jù)量,不但可以降低對硬件的要求,還可以提高運(yùn)算效率,是目前較為普遍使用的建模軟件。

        EPS三維測圖系統(tǒng)是北京山維科技股份有限公司基于EPS地理信息工作站研發(fā)的自主版權(quán)產(chǎn)品,可提供基于DOM(正射影像)、OSGB(實(shí)景三維模型)、點(diǎn)云數(shù)據(jù)等二三維采集編輯工具,可實(shí)現(xiàn)基于DOM和OSGB數(shù)據(jù)的垂直攝影三維測圖等。系統(tǒng)支持DOM與DEM疊加生成實(shí)景三維模型,支持二三維采編建庫一體化,實(shí)現(xiàn)信息化與動(dòng)態(tài)符號化,支持輪廓線自動(dòng)提取,提供所采地物根據(jù)指定位置快速升降高程信息,成果直接對接不動(dòng)產(chǎn)測繪、管網(wǎng)測量、常規(guī)測繪、智慧城市等專業(yè)應(yīng)用解決方案。

        2.3 實(shí)景三維模型OSGB生成

        打開數(shù)據(jù)集群計(jì)算引擎ContextCapture Center Engine,保證后續(xù)操作運(yùn)行計(jì)算。

        點(diǎn)擊ContextCapture Center Master,進(jìn)入工程新建界面。

        點(diǎn)擊“新工程”,選擇新工程存儲(chǔ)路徑。

        在空區(qū)塊中導(dǎo)入影像及POS文件,選擇相應(yīng)坐標(biāo)系和與坐標(biāo)系對應(yīng)的參數(shù)。

        更改相機(jī)感應(yīng)器尺寸,提交第一次空中三角測量。

        完成第一次空中三角測量后,檢查數(shù)據(jù)無報(bào)錯(cuò)等問題,導(dǎo)入控制點(diǎn)文件,進(jìn)行控制點(diǎn)標(biāo)記,提交空中三角測量(注意:A.在導(dǎo)入控制點(diǎn)前應(yīng)先根據(jù)數(shù)據(jù)測量地的實(shí)際坐標(biāo)系選擇空間參考坐標(biāo)系;B.在標(biāo)記控制點(diǎn)時(shí),應(yīng)首先選取正視照片,便于判斷控制點(diǎn)在照片上所在位置;C.若Reproj.錯(cuò)誤的RMS報(bào)錯(cuò),顯示紅色,調(diào)整預(yù)測控制點(diǎn)對應(yīng)紅色光標(biāo)的位置,再次提交空中三角測量,直到該值控制在誤差范圍內(nèi))。

        完成上述步驟后,就可根據(jù)計(jì)算機(jī)配置,更改相應(yīng)參數(shù),提交生成所需要的OSGB格式數(shù)據(jù)。

        3 結(jié)論

        無人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)拍攝的影像數(shù)據(jù)和POS,通過實(shí)景建模軟件生成的三維立體模型能夠較為真實(shí)地反映該地區(qū)野外實(shí)際情況,通過對模型上相應(yīng)成果點(diǎn)坐標(biāo)的采集與實(shí)測檢查點(diǎn)對比發(fā)現(xiàn),采用無人機(jī)傾斜攝影測量獲得的成果在平面上的精度相比較于傳統(tǒng)的人工測繪勾畫地形圖等其他礦山測量方式,無人機(jī)傾斜攝影測量更能夠在地形復(fù)雜、人工不易測量的地方發(fā)揮其優(yōu)勢,傾斜攝影測量也為礦山測量提供了一種新的測繪方法。

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