M600PRO無人機(jī)傾斜攝影1:5000測繪應(yīng)用方案

    近年來傾斜攝影測量技術(shù)由于其具有較好的靈活性，且生產(chǎn)效率高，周期短，成本低等特點(diǎn)，在測繪域廣泛使用。傳統(tǒng)的地形圖測繪對(duì)于外業(yè)的要求較高，需要大量的人力、物力和財(cái)力的支持，不僅浪費(fèi)了大量資源而且內(nèi)業(yè)出圖效率較低。將無人機(jī)傾斜攝影測量獲得的三維模型運(yùn)用到室內(nèi)，針對(duì)三維模型進(jìn)行內(nèi)業(yè)地形圖繪制，有著巨大的優(yōu)勢和很好的應(yīng)用前景。本文以山東科技大學(xué)校園為例，運(yùn)用傾斜攝影測量技術(shù)建模，并針對(duì)三維模型運(yùn)用EPS軟件進(jìn)行地形圖測繪，具有定的實(shí)際意義。

簡介：M600PRO無人機(jī)傾斜攝影1:5000測繪應(yīng)用方案

　　傾斜攝影測量技術(shù)是目前發(fā)展較為迅速的種新興技術(shù)，它不僅能夠真實(shí)地反映地物情況，而且使目前高昂的三維城市建模成本大幅降低，大大提高三維城市建模的速度。傾斜攝影技術(shù)對(duì)于發(fā)展智慧城市有很大的推動(dòng)力，其提供的系列的地物信息，可以構(gòu)建三維城市模型，為智能化的管理提供了便利條件。傳統(tǒng)的地形圖測繪常采用站儀和RTK 外業(yè)采集數(shù)據(jù)，程序復(fù)雜且工作量大，許多學(xué)者針對(duì)正射影像圖進(jìn)行地物和地貌編輯屬性，然而由于正射影像圖是二維平面進(jìn)行內(nèi)業(yè)繪圖時(shí)人工識(shí)別邊界線難度較大，且精度較低，如果能利用正射影像圖與三維模型進(jìn)行體化操作將大大提高地形圖測繪效率且解決了精度問題。本文以山東科技大學(xué)某典型區(qū)域?yàn)槔?，進(jìn)行攝影測量建模，針對(duì)模型內(nèi)業(yè)進(jìn)行地形圖測繪，并對(duì)建模和地形圖成果進(jìn)行精度驗(yàn)證，可滿足1∶500地形圖測繪精度要求。

　　1　測區(qū)概況

　　山東科技大學(xué)位于山東省青島市黃島區(qū)，學(xué)校占地面積約三千多畝，測區(qū)內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，樹木林立，建筑物較多，校園內(nèi)人工湖、丘陵眾多，高差較大，大達(dá)到200多米，此外校園內(nèi)人流、車流量較大，因此給傳統(tǒng)測圖帶來諸多不便。

　　2　傾斜攝影測量三維建模

　　我國目前大部分的地形測量都是使用傳統(tǒng)的站儀及GPS外業(yè)測量，不僅耗時(shí)耗力，效率較低，且成本較高。本文使用ContextCapture建模成果聯(lián)合EPS軟件進(jìn)行地形圖的勾繪，對(duì)其方法及其特點(diǎn)進(jìn)行研究。

　　2.1　傾斜攝影測量外業(yè)數(shù)據(jù)采集

　　本次主要任務(wù)是完成校園的建模工作，外業(yè)數(shù)據(jù)采集擬計(jì)劃兩天時(shí)間完成，內(nèi)業(yè)擬計(jì)劃三天時(shí)間，技術(shù)設(shè)計(jì)參照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)按照《攝影測量國家規(guī)范》(GB/T50353-2005)執(zhí)行。

　　像控點(diǎn)的測量使用GPS技術(shù)，由GPS-RTK采集像控點(diǎn)的三維坐標(biāo)[5]。無人機(jī)傾斜影像采集使用DJI無人機(jī)，主要設(shè)備有：大疆M600pro無人機(jī)架、IPAD個(gè)、遙控器個(gè)、電池兩組(12塊)、雙魚4.0傾斜相機(jī)個(gè)(自帶GPS和PPK模塊)、減震云臺(tái)個(gè)、GNSS臺(tái)、基座個(gè)、腳架個(gè)、卷尺把。雙魚傾斜相機(jī)以前中后擺為個(gè)周期，來進(jìn)行六個(gè)方向的數(shù)據(jù)采集，以達(dá)到六臺(tái)相機(jī)同時(shí)拍照的效果，如圖1所示。

　　圖1　DJI　M600pro無人機(jī)搭載傾斜攝影相機(jī)

　　外業(yè)數(shù)據(jù)采集流程如下：

　　(1)準(zhǔn)備工作：準(zhǔn)備工作包括DJ無人機(jī)螺旋槳和電池安裝和DJ　GS　Pro軟件連接，參數(shù)設(shè)置，以及在已知點(diǎn)架設(shè)基站采集靜態(tài)數(shù)據(jù)并量取天線高;

　　(2)起飛：準(zhǔn)備工作結(jié)束無誤后，開啟相機(jī)，點(diǎn)擊軟件起飛觸屏無人機(jī)接收到指令開始盤旋爬升，爬升至航高后飛向航線，飛行高度可以根據(jù)項(xiàng)目情況合理選擇，本次飛行高度設(shè)置為70m;

　　(3)航線飛行：無人機(jī)在爬升至航高后，會(huì)根據(jù)地面站的設(shè)置沿航線飛行，飛行過程中無人機(jī)按飛行計(jì)劃可以選擇定時(shí)間差拍攝照片;當(dāng)無人機(jī)中途電量不夠時(shí)選擇鍵返航，換上新電池后選擇斷點(diǎn)飛行，本次航向重疊率設(shè)置為80%和旁向重疊率設(shè)置為70%;

　　(4)降落：無人機(jī)在飛行完成所有航線后，按照規(guī)定設(shè)置到達(dá)返航高度，按照飛行計(jì)劃在分行點(diǎn)緩慢降落，降落至區(qū)域規(guī)定位置;航拍任務(wù)完成后將航拍影像數(shù)據(jù)部導(dǎo)出檢查，主要是檢查航拍任務(wù)執(zhí)行情況是否與設(shè)置致，檢查POS數(shù)據(jù)和RTK數(shù)據(jù)是否正常以及照片質(zhì)量是否有曝光過度、模糊不清、抖動(dòng)等情況出現(xiàn)，若出現(xiàn)上述情況則重新補(bǔ)拍或者重新設(shè)置航線飛行，若無質(zhì)量問題，則可繼續(xù)飛第二架次。外業(yè)采集到的影像如圖2所示。M600PRO無人機(jī)傾斜攝影1:5000測繪應(yīng)用方案

　　圖2　外業(yè)采集到的影像數(shù)據(jù)

　　2.2　三維模型構(gòu)建

　　三維建模流程如圖3所示。打開Context-Capture軟件，點(diǎn)擊工程，新建工程，編輯工程名稱(工程名稱不能為中文)，選擇工程文件位置。點(diǎn)擊菜單欄區(qū)塊，選擇導(dǎo)入?yún)^(qū)塊，在計(jì)算機(jī)中找到區(qū)塊文件，導(dǎo)入即可，影像數(shù)據(jù)自動(dòng)導(dǎo)入進(jìn)去了。可在概要中看到影像數(shù)據(jù)信息及區(qū)塊信息，區(qū)塊3D視圖效果。

　　圖3　Smart　3D三維建模流程圖

　　選擇控制點(diǎn)，編輯控制點(diǎn)信息，點(diǎn)擊右上角提交空中三角測量，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。定位模式選擇自動(dòng)垂直，使區(qū)塊垂直方向根據(jù)輸入的影像方向進(jìn)行調(diào)整，區(qū)塊尺度和朝向保持任意。點(diǎn)擊提交，等待計(jì)算機(jī)進(jìn)行空三計(jì)算。由于數(shù)據(jù)量較大，故繼續(xù)按時(shí)間較長，耐心等待。

　　空三計(jì)算完畢后，點(diǎn)擊右下角新建重建項(xiàng)目，點(diǎn)擊空間框架，對(duì)區(qū)塊進(jìn)行切塊，由于整個(gè)區(qū)塊空間過大，計(jì)算機(jī)無法滿足要求，所以需要切塊進(jìn)行重建，并且對(duì)區(qū)塊進(jìn)行收縮，將周邊多余的數(shù)據(jù)去掉，減少模型重建的時(shí)間。模型的生產(chǎn)結(jié)果可以是很多種格式，根據(jù)不同的需要選擇不同的生產(chǎn)格式，本次建模的需要導(dǎo)入EPS和在Acute3DViewer內(nèi)實(shí)現(xiàn)可視化，因此，本次需要重建兩種格式的成果，分別為.osgb格式和.3mx格式。所以在格式選項(xiàng)里選擇對(duì)應(yīng)的格式進(jìn)行重建。

　　模型建立過后，在Acute3D Viewer內(nèi)可查看.3mx格式數(shù)據(jù)效果，在文件位置打開即可(圖4)。

2.3　基于EPS1∶500地形圖測繪

　　打開EPS軟件，新建個(gè)工程，將Context-Capture輸出的建模成果導(dǎo)入EPS中需要建立個(gè)索引文件。菜單啟動(dòng)三維測圖子菜單下面的osgb數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，通過傾斜攝影的data文件目錄(瓦片數(shù)據(jù))與metadata.xml文件生成DSM實(shí)景表面模型。轉(zhuǎn)換后，會(huì)在data文件內(nèi)生成個(gè)DSM 文件，然后加載本地傾斜模型，選擇.data文件里的DSM 文件并打開。

　　模型加載后，在三維界面內(nèi)對(duì)地物進(jìn)行編輯。先勾畫房屋，在工具欄居民地選擇建成房屋，由于不是普通房屋，所以使用墻面提取畫法