運用消費級無人機進行傾斜攝影測量

時間：2017-12-06

　我們在說一個新技術的時候往往會有連帶的技術，比如說無人機，無人機現在的應用很廣泛，但單靠一個無人機什么都做不了，所以必須有對應的技術和要求，傾斜攝影技術就是針對無人機所產生的一種全新技能，也讓航拍測繪領域發(fā)生了天翻地覆的變化，今天就讓江蘇啟飛小編來給大家說一下如何運用消費級無人機進行傾斜攝影測量的相關案例！

江蘇啟飛

　?。?）使用“消費級無人機”



　　“消費級無人機”是一種適合廣大消費者使用的多軸*行器。目前，隨著無人機行業(yè)的持續(xù)升溫，消費級無人機市場也在*膨脹，業(yè)內出現了許多優(yōu)秀的產品，如大疆"悟"、"精靈"系列無人機。



　　該類無人機的優(yōu)勢一是價格親民，市場價僅萬余元；二是操作簡單，操控新手僅需一個星期的熟悉過程就可以上手飛行；三是*拍照，按照《民用無人駕駛航空器系統(tǒng)駕駛員管理暫行規(guī)定》要求，重量小于等于7公斤的微型無人機，飛行范圍在目視視距內半徑500米、相對高度**120米的范圍內，無須證照。而消費級無人機重量一般在1至2千克左右，而且是在視距內飛行，因此不需要考取駕照。



　　（2）降低無人機拍攝要求



　　按照一般思路，相機系統(tǒng)必須由5個相機組成，其中一個垂直下視，其余四個傾斜拍攝，并且按照航線進行間隔曝光。但通過對數據后處理過程的分析，數據采集的**要求是獲取目標*的影像信息?；诖?，用單個相機通過多角度順序序列曝光獲取目標影像信息完全可以代替5視傾斜攝影相機航線間隔曝光的數據采集過程。



　　（3）實現智能控制無人機



　　無人機智能控制包括飛行控制和相機控制。而各大消費級無人機制造商要么使用的是開源飛行控制系統(tǒng)，如：ArduPilotMega(APM)，要么為用戶提供軟件開發(fā)包，如大疆SDK?；诖耍ㄟ^程序即可實現無人機飛行平臺和相機系統(tǒng)的智能控制。



　　基于以上3點，利用消費級無人機飛行平臺，搭載配套單相機系統(tǒng)，通過程序實現航攝路徑設計，控制曝光角度、曝光間隔即可完成傾斜攝影數據采集的過程。



　　3消費級無人機傾斜攝影測量實驗方法



　　為了驗證以上思路是否可行，江蘇啟飛應用特選擇了廣西南寧邕寧區(qū)百濟鄉(xiāng)紅星村古今坡作為實驗對象，實驗區(qū)域為自然屯房屋聚集區(qū)。



　　硬件系統(tǒng)選用DJI“Phantom4”，該無人機繼承了DJI精靈系列一貫的穩(wěn)定、安全、靈活等特性，并且擁有雙IMU和雙磁羅盤的設計，讓飛行作業(yè)較加安全，續(xù)航時間長達28分鐘。



　　該無人機搭載精靈系列較新成像設備，具備1200萬有效像素，擁有94°視角、f/2.8光圈的**低畸變的鏡頭，成像清晰銳利。較前代畸變降低了36%，色差降低了56%，并顯著消除暗角。



　　軟件系統(tǒng)包含航線設計、曝光設置、飛行監(jiān)控等功能。通過廣泛調研和對比，選擇了IOS系統(tǒng)下的“FPVCameraforDJI”軟件。該軟件利用DJISDK開發(fā),在該軟件MissionPlanner（任務規(guī)劃）的Target-WP（目標航點設計）功能中，具備任務規(guī)劃功能，能夠規(guī)劃飛行航點，設計飛行高度；能夠設定目標點、控制相機拍照方向角度和俯仰角度，控制曝光間隔；還能夠實時監(jiān)控飛機的飛行位置、姿態(tài)，以及相機拍攝畫面。



　　按照常規(guī)方法，使用五視傾斜相機的飛行平臺，采用的是傳統(tǒng)“Z”字航線，間隔曝光。而本方案為了保證較高的采集效率和較小的數據量，采用的矩形環(huán)繞中心拍照的的曝光方式。具體設計步驟如下：



　?。?）確定地面分別率**0.05米，考慮到所選相機視角為94度，我們設計鏡頭與目標的投影距離d為70米，飛行相對高度為h為70米。



　?。?）將航攝區(qū)域依據實際情況設計10個航拍目標點T1~T10，為保證航攝俯角α在35°-40°之間，設定目標高度為相對高度-20米，此時α=Arctan（d/(h+20))=37.87°。



　?。?）依據航攝目標點T和投影距離d，將攝區(qū)劃分為10個航攝區(qū)域，每個區(qū)域由矩形航線環(huán)繞，拍照朝向目標點。為較高效利用航攝路徑，減少無效重復路徑，實驗區(qū)域未采用矩形型航線，如圖1所示(其中H表示航點，T表示目標點，箭頭表示航行方向，H1-H4航點攝像方向朝向T1，H5-H8航點攝像方向朝向T2)，而是采用方波式航線，如圖2所示(其中H表示航點，T表示目標點，箭頭表示航行方向，H1-H3，H8航點攝像方向朝向T1，H4-H7航點攝像方向朝向T2)，并且在區(qū)域相接部分增加了重疊部分。較終航線設計如圖3所示。

無人機傾斜攝影航

　　4 實驗



　　完成航線設計后，即可執(zhí)行航攝任務。本次航攝總航程4152米，耗時15分43秒，獲取傾斜航片共計422張。地面分辨率在0.019~0.058米。數據通過ContextCapture三維建模軟件進行生產，自動匹配連接點92965個，完成9.5萬平方米的三維模型制作。模型效果見圖4、圖5所示。

傾斜攝影三維

　　局部傾斜攝影三位

       5 消費級無人機傾斜攝影實驗結論



　　通過觀察模型成果，發(fā)現該方法完成的三維實景模型，紋理豐富，細節(jié)明顯，空間位置關系精準，除部分航攝盲點區(qū)域模型存在拉伸變形情況外，整體滿足了預期要求，是一種可行的傾斜攝影數據采集方案。



　　本實驗采用一種低成本、低技術門檻的方法實現了傾斜攝影數據的采集，但本方法只適用于1~3個平方千米的數據采集，當進行*范圍傾斜攝影數據采集時，航攝效率大幅降低，工作成本大大增加。因此，該方法**于小范圍的三維實景模型制作，可應用于應急測繪**服務、新農村規(guī)劃、農村房屋權籍調查、數字城市建模、工程項目進度監(jiān)督、國土執(zhí)法監(jiān)測等方面。



　　傾斜攝影技術是世界測繪范疇近些年發(fā)展起來的一項高新技能。它改變了以往航測遙感影像只能從筆直方向拍照的局限性，傾斜拍照丈量技能經過多臺傳感器從不同的視點進行數據的收集，快速、高效獲取豐厚的數據信息，真實地反映地上的客觀情況，滿足人們對三維信息的需求。由該技能出產的三維實景模型現在已廣泛應用于應急測繪保證、疆土、公共安全、農業(yè)、林業(yè)、**等多個職業(yè)范疇，展示了巨大的潛力。

詞條
詞條說明
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