基于无人机航测的坝上如意河流域正射影像获取及全景三维建模

曹文民 林亚卫

(河北省水文工程地质勘查院 石家庄 050021)

随着测绘技术的发展，无人机航测以其快速、便捷、经济的特点在测绘行业中得到快速应用。采用无人机航测技术，能够快速获取待测区域高分辨率正射影像。全景三维建模技术可以直观、立体、全方位地展示地形、地貌等特征，相对于传统三维建模，具有成本低、建模效率高等优点。

以无人机航测技术，采集承德坝上如意河流域的影像数据，使用INPHO数字摄影测量工作站进行空三加密平差解算，利用加密成果进行模型编辑，在数字摄影测量工作站上生成、编辑测区数字高程模型DEM，利用生成的DEM对航片进行正射纠正，制作测区的真彩色数字正射影像DOM。利用收集的资料，设置全景点位，采用大疆御MAVIC2无人机进行全景采集，并进行处理，制作三维全景图，为后期该地区资源环境承载力综合地质调查与评价工作提供了基础数据。

1 测区概况

如意河区域位于围场满族蒙古族自治县西北方向的国营御道口牧场境内，介于东经117°05′～117°22′，北纬42°12′～42°18′范围内(图1)。该区域地处内蒙古高原和冀北山地的过渡带，为阴山山脉、大兴安岭山脉的尾部与燕山山脉的结合部，地势西北高东南低。地处坝下、接坝、坝上三大地形区，主要位于坝上草原地区，平均海拔1500 m。

图1 测区范围

2 作业流程

本次工作主要包括：野外踏勘、像控点及全景点布设、数据采集、正射影像生产、全景影像制作、全景模型展示等(图2)。

图2 作业流程图

2.1 像控点及全景点布设

本次像控点全部采用平高布点，1∶1000成图，区域平高点航向间隔10条基线，旁向间隔1条航线，平高点采用“品”字形排列。像控点布点时要求测区周边及转折处须布设平高点，中间散列布设检查点，检查点按平高点同等精度观测，检查点的位置不做要求，以测区内地物明显处，方便观测为原则，共布设像控点148个。利用收集的影像布设全景点，测区南北长约19 km，东西长29 km，按照布满整个测区为原则，每2 km布设一个全景点，共布设300个全景点。

2.2 航线设计

本系统的航带设计采用德国进口软件自动布设航线，在软件中输入测区四角坐标(WGS84)，根据成图比例尺，软件自动根据国家规范要求布设出合理的航线。

根据技术指标及要求的规定、整个摄区的地形特点、航摄仪的飞行要求、成图分幅的要求等，将整个测区划分为1个分区。航线敷设方向为东西方向飞行；航带旁向重叠为80%，航向重叠为70%，相对航高为620 m。

根据项目要求，并结合使用迪奥普SV360无人机、索尼相机自身性能指标，制定各飞行参数。

2.3 数据获取

根据航线设计，无人机作业过程中，无人机观察员必须时刻注意飞机电压变化、高度变化、卫星颗数、pDOP值变化情况(平原地区1.0，山区为0.7～0.8)。飞控手时刻观察飞机状况，注意无人机航线方向是否有电线等障碍物，根据观察员及飞机状况时刻准备人为控制飞机，避免坠机等事故发生。

360°全景拍照通过云台控制器(GCU)的AUX1通道控制，拨动一次AUX1开关，云台即启动全景拍照功能；再次拨动则关闭该功能。全景拍照程序总共拍摄37张照片，总拍摄时间约为100 s。在全景拍照程序完成前，云台不受遥控器摇杆控制。若想终止全景拍照程序，拨动一次AUX1开关即可，云台将恢复MODE通道所设置的控制模式。

2.4 正射影像生产

利用DEM、航摄影像及对应的空三加密计算的外方位元素，在全数字摄影测量系统INPHO中可以进行DOM 的微分正射纠正生产。作业流程：数据准备→微分纠正→匀色(色调调整)→镶嵌→裁切→修饰。

2.5 全景三维建模及可视化

采用krpano软件进行批量全景照片合成，检查拼缝整齐度优于3.6(绿标)后进行批量生成。如遇拼接失败案例则采用 ptgui pro 软件进行逐一拼接，并人工调整控制点，拼接画面。拼接完成后，采用photoshop软件进行曝光色彩平衡的调整。将拼接好的全景图片坐标点，批量导入GIS软件进行点位检查，查看有无重叠，漏点等情况。

以KRPANO插件和如意河正射影像图为基础，以B/S架构服务和GEOSERVER地图服务为服务平台，采用HTML、JAVASCRIPT、XML语言，实现了承德坝上高原如意河流域正射和全景三维建模可视化平台。该平台实现了正射影像图与全景点点位叠加渲染，并与302张三维全景图相关联，在浏览器上展示，提高了三维全景图直观性、可操作性，表现内容更加丰富细腻。

3 成果展示

(1)正射影像成果如图3所示。

图3 正射影像成果

(2)全景可视化成果如图4所示。

4 结语

此次工作采用无人机航测技术，完成了对承德坝上高原如意河流域面积约200 km2的航测任务，提交了该流域0.1 m分辨率正射影像和覆盖全流域的302幅全景影像并完成全景三维建模及可视化，为后期该地区资源环境承载力综合地质调查与评价工作提供了基础数据。