消费级无人机倾斜摄影三维建模与测图分析

刘攀 王倩

（1甘肃建筑职业技术学院，甘肃 兰州 730050；2军地联动应急测绘技术协同创新中心，甘肃 兰州 730050）

伴随电子信息技术、无人机技术的进步，无人机摄影测量技术发展迅速。常规数字测图采用RTK、全站仪等测量仪器进行数据采集和数字化成图产品单一、生产成本高、劳动强度大等缺点不断显现出来[1]。无人机航空摄影测量技术可以有效克服常规测量手段的缺点，成为大比例尺测图的重要手段，采用消费级多旋翼无人机进行小区域三维模型建立，在地形图测绘、地质灾害调查、古建筑保护等方面的应用越来越广泛[2-4]。

当前，倾斜摄影测量主要选用工业级固定翼或多旋翼无人机作为平台，搭载五镜头倾斜摄影相机。工业级无人机和倾斜摄影五镜头相机价格昂贵，各品牌价格从几万到几十万不等。而消费级无人机价格经济，智能化程度高，操纵简便，影像分辨率也高，如民用无人机龙头企业大疆公司的Phantom（精灵）系列就具备高效、便捷等优势[5]。

1 系统简介

1.1 消费级无人机倾斜摄影测量

Phantom系列无人机有一个可调节俯仰角的镜头，通过软件控制镜头，分别在前后左右和垂直方向航拍5遍，以实现与专业五镜头类似的效果。后期的内业处理中采用几何纠正、影像匹配等方式，能从纹理照片数据中进行纹理特征提取并自动贴片，从而构建可视化实景三维模型。

1.2 系统构成

飞行平台：大疆Phantom4 Pro提供飞行动力，接受航线规划软件的指令和飞行航线控制。

图1 无人机倾斜摄影示意图

地面站：通过航线规划软件设置并发送飞行、航线等指令，接收飞机的状态参数，实时显示无人机器飞行状态。

表1 大疆Phantom4 Pro主要参数

三维建模软件：Context Capture，通过导入影像、选刺像控点、空三加密及模型构建等操作即可建立真三维模型，兼容不同来源的影响数据，后期可采用多源数据融合对模型进行改进。

立体测图软件：EPS，可实现裸眼3D在实景三维模型上进行采集作业，对操作人员的要求大大降低。

2 项目实例分析

以兰州市七里河区某区域进行三维实景模型构建为例，测区长、宽均为0.7km，面积约0.5km2，地势平坦，建筑物多，测区中有两栋高层建筑物。技术路线见图2。

图2 技术路线

2.1 地面像控点布设

借助google地图采用区域网法对测区像控点布设进行设计，在测区周围布设平高点，内部根据需要设置足量的像控点。现场结合油漆喷绘、像控板、道路标记线等多种形式进行布设，优先选取道路标记线，当没有标记线时进行喷绘。共选取16个像控点，采用网络RTK平滑5次测得平均三维坐标以保证精度，其中8个点将用于成果点位精度检验。

2.2 航线规划与影像获取

使用Altizure软件进行航线设计，采用折线型航线进行影像采集。本次航飞的相对航高是120m，航向重叠80%，旁相重叠70%，地面分辨率达到3cm，满足CH/Z 3005-2010《低空数字航空摄影规范》中地面分辨率的要求。

2.3 内业处理

2.3.1 空三测量

运用：Context Capture加载测区的影像，选刺8个像控点，采用光束法区域网平差，将模型纳入地面坐标系。

2.3.2 影像匹配

同名点自动匹配，极大降低工作量，提取大量特征点构成密集点云，在地形复杂、地物繁杂的地区进行密集匹配。见图3。

图3 三维模型

2.3.3 纹理映射

通过计算和匹配后构建三角格网TIN，进而生成白模型，再将纹理从采集的影像中进行提取、映射，得到实景三维模型。

2.3.4 三维成图

采用EPS进行地形图测绘，导入三维模型后进行各种参数设置，绘图员在三维模型上进行各类要素的采集，大大降低了外业工作量，减轻了外业劳动轻度。绘制完成后需要进行外业调绘，对有疑问部分和遮挡部分进行补测等处理。

2.4 精度检验

使用RTK测量8个未使用的像控点进行检查，此8个点均匀分布在测区内，在三维模型基础生成的地形图上采集8个点的坐标。

表2 实测坐标与三维模型坐标对比表

X方向中误差为0.032m，最大误差为0.042；Y方向中误差为0.036m，最大误差为0.057m；H中误差为0.052m，最大误差为0.066m。

3 结论

在小范围采用消费级无人机进行倾斜摄影，构建测区的实景三维模型，并进行大比例尺测图，能够满足大比例尺地形图测绘的精度要求，并具有以下优点：硬件价格低，有效降低生产成本；外业劳动强度小，提高作业效率；数据获取智能化程度高；入门简单，影像获取迅速便捷。