无人机倾斜摄影1:500地形图测绘流程(CC+EPS)

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abstract :利用低空无人机倾斜摄影技术快速获取多角度图像数据,通过自动现实三维建模和三维模型立体测量技术,实现无需野外测绘的高精度大比例尺地形图测绘。通过具体的生产实验,详细介绍了基于无人机倾斜摄影测量技术的大比例尺地形图的操作过程,并通过精度分析验证了该方法的可行性。

keyword :倾斜摄影;真实的三维模型;大比例尺地形图

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前言

无人机航测技术近年来发展迅速,具有操作灵活、高效快速、重点区域高频监测、成本低廉等特点。在应急保障和小面积地形图测绘方面具有明显优势。然而,无人机航测系统搭载的单个普通数码相机图像失真严重,倾角和旋转角较大,而普通数码相机图像幅度较小,导致基高比小。由于普通数码相机的上述缺点,传统的航测生产方法难以满足大比例尺地形测绘的要求。本文在无人机飞行平台上安装倾斜相机,通过倾斜摄影获取高重叠图像数据。利用自动现实世界三维建模和三维模型立体测量技术,实现无野外测绘的高精度大比例尺地形图测绘。具体实验验证了该技术路线的可行性。

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无人机倾斜摄影

调查区位于青岛市高新区勾角村,属丘陵地形。野外航空摄影使用一架四旋翼无人驾驶飞行器(UAV),搭载两台SONY7R微型单摄像机,与垂直方向成45°角,在南北和东西方向各飞行一次,以获得地面物体的横向纹理。另一个SONY7R微型单摄像机被安装用于垂直摄影,以获得地面物体的表面纹理。设计路线的相对高度为120米,路线和侧重叠分别为80%和75%。整个调查区域有21条路线和630幅图像。为了辅助后续数据处理,调查区域采用区域网络布局方式,共布置13个现场图像控制点和检查点。实验区范围及影像控制点的布置见图1

图1调查区概况及影像控制点布

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建立真实世界三维模型及绘制大比例尺地形图。

本文在无人机飞行平台上安装了倾斜摄像机,通过倾斜摄影获取测量区域的图像数据,并利用自动建模技术构建了真实世界的三维模型。在真实场景三维模型的基础上,通过三维测量技术,采集地面要素的特征点、线和面,最后通过内部编辑的方式制作地形图,免去了繁琐的野外测绘工作,为大比例尺地形图测绘的快速制作提供了新的解决方案。基于无人机倾斜摄影的大比例尺地形测绘技术路线如图2所示。

图2基于无人机倾斜摄影的大比例尺地形图测绘技术路线

3.1实景三维模型

本项目采用5个图像控制点进行计算,8个图像控制点进行精度检验。真实场景的三维建模是通过智能三维软件来实现的。主要步骤如下:

(1)建立项目加载图像数据,设置摄像机参数,编辑pos数据,引入控制点和检查点数据,建立Smart3D项目,如图3所示。该项目使用2台摄像机,需要2个摄像机文件,分别为364和266幅图像。原始位置数据坐标系为WGS1984,在高程系统下通过七参数模型和似大地水准面补偿模型转换为Xi 1980平面和黄海1985平面。进行区域网络布局,计算5个控制点,检查8个控制点。图3smart3D工程文档。

Figure 3 CC(smart3D)工程文件

(2)用于倾斜摄影的空中三角测量如图4所示,本项目采用区域网五点法布点,即测量区域周围4个控制点和中心1个控制点,即u

大规模地形测绘主要基于EPS无人机三维模块,利用三维真实场景模型的空间测量功能直接采集地形和地面物体。具体步骤如下。

(1)易办事软件加载三维现实生活模型。在电动助力转向无人机测量模块中,利用模型转换功能将Smart3D生成的OSGB格式模型转换为DSM高程模型,然后加载DSM模型,实现三维现实模型的加载。如图6

图6 EPS加载三维模型

2)地形图如图7所示。基于三维真实场景模型,制作地形图。借助模型的空间维度信息,直接进行空间测量和采集。同时,通过模型旋转、多角度观测等功能实现自动屋檐校正,省去了大量的野外测量和测绘工作,大大提高了地形图测绘的工作效率。图7基于EPS绘制地形图。

Figure 7地形图基于EPS

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Precision Analysis

4.1空中三角测量精度

从表1中控制点和检查点的精度表可以看出,控制点的水平中值误差为0.007 m,高程中值误差为0.007 m,检查点的水平中值误差为0.038 m,高程中值误差为0.079 m,点中值误差为0.088 m,空中三角测量精度高,满足错误表1图像控制点和检查点的检查项目点数量。

4.2平面和高程精度

(1)平面精度平面精度检验采用RTK野外实测特征点和地形图上同名点进行统计分析,具体精度统计见表2。如图8所示,共22个点进行了平面精度统计,平面位置精度小于0.25米,中值误差为0.144米,满足1: 500大比例尺地形图的平面精度要求。

Figure 8平面精度统计折线图

2)高程精度高程精度检查使用RTK现场测量的要素点和地形图上的同名点(可通过现实生活中的3D模型直接获得)进行统计分析。具体精度统计数据如表3所示。

如图9所示,共35个平面精度统计点,高程误差小于0.1m,最大高程误差为0.086 m,高程中值误差为0.034m,满足1: 500地形图的高程精度要求。

Figure 9高程精度统计线图

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Conclusion

提出了一种基于倾斜摄影技术的大比例尺地形图测绘技术路线,并通过具体的实验精度分析验证了该技术路线的可行性。同时,凭借三维测量和真实场景任意视角的优势,在整个行业中实现了屋檐校正、地形和地物,避免了传统地形图的野外测绘和辅助测量工作。为大比例尺地形图测绘提供了新的解决方案

来源:2019年02月《城市勘测》第2期

作者:周晓杰、胡振彪、乔欣

原题:无人机倾斜摄影技术在大比例尺地形图测绘中的应用

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