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        微型無人機(jī)三維傾斜攝影測(cè)量建模實(shí)驗(yàn)綜述報(bào)告

        2020-06-17 08:40:12
        江西建材 2020年5期
        關(guān)鍵詞:內(nèi)業(yè)參數(shù)設(shè)置航線

        安徽交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 土木工程系,安徽 合肥 230051

        0 引言

        隨著測(cè)繪技術(shù)日新月異,無人機(jī)三維傾斜攝影測(cè)量技術(shù)給測(cè)繪行業(yè)帶來的新的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。三維傾斜攝影測(cè)量是基于無人機(jī)上搭多種傳感器,對(duì)地物地貌獲取空間地理及紋理等相關(guān)信息,通過后期建模軟件進(jìn)行實(shí)景重建,可生產(chǎn)出高精度實(shí)景模型及4D 測(cè)繪產(chǎn)品,它具有響應(yīng)速度快,應(yīng)用領(lǐng)域廣,測(cè)繪成果多樣化,為數(shù)字城市建設(shè)提供了載體,為數(shù)字化成圖提拱了高效精準(zhǔn)的模型[1-2]。三維傾斜攝影測(cè)量這項(xiàng)技術(shù)由于在高校實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)還沒有完全推廣,故結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)的理論填寫了這塊空白。本實(shí)驗(yàn)用消費(fèi)級(jí)單鏡頭4 旋翼微型無人機(jī)代替專業(yè)型五鏡頭多旋翼無人機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),其作業(yè)原理都是一樣,這樣在高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中即達(dá)到教學(xué)的目又具有一定的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

        1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

        (1)像控點(diǎn)布設(shè);

        (2)Altizure Beta APP 飛控參數(shù)及飛行航線設(shè)定;

        (3)三維實(shí)景建模。

        2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮?/h2>

        2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

        (1)認(rèn)識(shí)微型無人機(jī)三維傾斜攝影測(cè)量建模的意義及用途;

        (2)了解微型無人機(jī)三維傾斜攝影測(cè)量建模的原理;

        (3)掌握微型無人機(jī)三維傾斜攝影測(cè)量建模的內(nèi)外業(yè)操作過程及建模后精度的評(píng)定。

        2.2 實(shí)驗(yàn)原理

        以無人機(jī)為飛行平臺(tái)搭載相機(jī)及GPS/IMU(Global Positioning System/Inertial Measurement Unit)模塊等多個(gè)傳感器,對(duì)地面地物地貌采集1 個(gè)垂直方向和4 個(gè)傾斜方向的高分辨率的影像數(shù)據(jù)及準(zhǔn)確的POS(Position and Orientation System)數(shù)據(jù),包含了地物地貌空間地理相關(guān)信息及紋理信息等[3-4]。再通過Context Capture、DP-Modeler、Photo Mesh 等傾斜測(cè)量建模軟件平臺(tái)進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理,從影像匹配、空中三角測(cè)量計(jì)算、密集匹配到三角網(wǎng)構(gòu)建、紋理映射先后5個(gè)過程最終得到高精度的真實(shí)的三維影像模型及4D 測(cè)繪產(chǎn)品(DOM、DEM、DRG、DLG)[5]。

        3 實(shí)驗(yàn)儀器

        GNSS-RTK(Real-time kinematic of the Global Navigation Satellite System)1 套;大疆單鏡頭微型無人機(jī)御Air 1 套;電腦1 臺(tái);油漆;毛筆;三維建模軟件Context Capture 1 套。

        4 實(shí)驗(yàn)步驟

        4.1 外業(yè)

        (1)布設(shè)像控點(diǎn):在建模區(qū)域的四角及中間位置附近布置像控點(diǎn),點(diǎn)間距約100 米。像控點(diǎn)用油漆涂描成圖1 形狀或“L”形狀,筆畫寬度或圓圈內(nèi)圓點(diǎn)直徑約5cm,并寫上編號(hào),如圖2,對(duì)不同角度進(jìn)行拍照方便內(nèi)業(yè)刺點(diǎn)?;蚓W(wǎng)購成品像控點(diǎn)標(biāo)志擺放到所選的位置上,如圖3。

        圖1 像控點(diǎn)標(biāo)志

        圖2 像控點(diǎn)標(biāo)志

        (2)測(cè)量像控點(diǎn):GNSS(Global Navigation Satellite System)連接CORS(Continuously Operating Reference Stations),測(cè)量5個(gè)像控點(diǎn)大地坐標(biāo)。

        (3)無人機(jī)安檢:打開DJGO 4 手機(jī)APP 軟件連接無人機(jī),自動(dòng)進(jìn)行無人機(jī)各項(xiàng)安全檢查。如有紅色提示表示某項(xiàng)功能需要校正或檢查。

        (4)飛控參數(shù)設(shè)置:打開Altizure Beta APP 軟件,以高德影像地圖為底圖設(shè)定飛行范圍;進(jìn)入設(shè)置參數(shù)界面進(jìn)行設(shè)定:航高40 m(確保最低安全高度及影像分辨率);航向、旁向重疊率85%(65%-85%)如圖4;鏡頭傾斜角(1 個(gè)0°,4 個(gè)40°)如圖4參數(shù)設(shè)置,自動(dòng)生成5 條航線圖,如圖5 正拍航線、圖6 前斜拍航線、圖7 后斜拍航線、圖8 左斜拍航線、圖9 右斜拍航線。

        圖3 參數(shù)設(shè)置

        圖4 正拍航線

        圖5 前斜拍航線

        圖6 后斜拍航線

        圖7 左斜拍航線

        圖8 右斜拍航線

        (5)影像采集:無人機(jī)按照設(shè)定的航高,航向和旁向重疊率和鏡頭傾斜角進(jìn)行5 條航線自動(dòng)航拍作業(yè),任務(wù)結(jié)束后自動(dòng)返航到起飛點(diǎn)。

        4.2 內(nèi)業(yè)

        4.2.1 數(shù)據(jù)導(dǎo)出:

        將無人機(jī)拍攝照片及像控點(diǎn)坐標(biāo)導(dǎo)入到電腦中。

        4.2.2 數(shù)據(jù)處理:

        (1)新建項(xiàng)目:運(yùn)行Context Capture Center Master軟件,建立工程項(xiàng)目。

        (2)影像匹配:添加航拍照片,并自檢像片是否缺失。

        (3)添加控制點(diǎn):打開添加控制點(diǎn)窗口,找到相應(yīng)的像控點(diǎn)照片(至少相鄰3 張)。準(zhǔn)確刺點(diǎn)并輸入外業(yè)GNSS-RTK 測(cè)量的大地坐標(biāo),并對(duì)投影帶相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

        (4)空三計(jì)算:?jiǎn)?dòng)空三運(yùn)算引擎軟件Context Capture Center Engine,進(jìn)行空三計(jì)算。

        (5)實(shí)景建模:先進(jìn)行自動(dòng)密集匹配DSM(Digital Surface Model),再構(gòu)建TIN(Triangulated Irregular Network)模型,并生成白模,再生成3D 紋理映射,最后自動(dòng)生產(chǎn)真三維模型。

        4.2.3 檢查并生成報(bào)告

        (1)通過報(bào)告檢查空三平差精度

        (2)通過三維模型可以量測(cè)若干個(gè)地物點(diǎn)距與現(xiàn)場(chǎng)對(duì)應(yīng)的地物點(diǎn)距進(jìn)行比對(duì)誤差大小。

        5 實(shí)驗(yàn)成果

        實(shí)驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)提交以下資料:

        (1)外業(yè)采集數(shù)據(jù):航拍影像照片、像控點(diǎn)大地坐標(biāo)文件、飛控參數(shù)設(shè)置記錄及像控點(diǎn)布設(shè)時(shí)點(diǎn)位照片。

        (2)內(nèi)業(yè)處理資料:空三計(jì)算精度報(bào)告、三維模型osgb 格式文件及正身影像DOM(Digital Orthophoto Map)文件等成果資料。圖10 為教學(xué)樓建模作業(yè)區(qū)域生產(chǎn)的三維模型成果。

        (3)檢查資料:三維模型上量取的地物點(diǎn)距與現(xiàn)場(chǎng)地物點(diǎn)距比對(duì)誤差表。

        6 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

        (1)作業(yè)前應(yīng)查詢飛行區(qū)域空管安全信息。

        (2)無人機(jī)起飛前應(yīng)檢查4 個(gè)螺旋漿是否安裝牢固,漿葉是否老化或破損。

        (3)無人機(jī)打開電源前先打開無人機(jī)搖控器開關(guān),停飛后先關(guān)掉無人機(jī)電源再關(guān)掉無人機(jī)搖控器開關(guān)。

        (4)作業(yè)前一定要試飛30 s,目測(cè)無人機(jī)是否正常。

        (5)起飛時(shí)和降落時(shí)無人機(jī)離人保持5 m 以上的距離。

        (6)像控點(diǎn)測(cè)量時(shí)GNSS-RTK 對(duì)中桿一定要扶直,確保采集坐標(biāo)準(zhǔn)確。

        (7)地面做像控點(diǎn)標(biāo)志時(shí)一定要規(guī)范。

        (8)內(nèi)業(yè)像片刺點(diǎn)時(shí)一定要準(zhǔn)確,相應(yīng)的坐標(biāo)值輸入確保無誤。

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