運用消費級無人機(jī)進(jìn)行傾斜攝影測量

時間：2017-12-06作者：江蘇啟飛應(yīng)用航空科技有限公司瀏覽：134

　我們在說一個新技術(shù)的時候往往會有連帶的技術(shù)，比如說無人機(jī)，無人機(jī)現(xiàn)在的應(yīng)用很廣泛，但單靠一個無人機(jī)什么都做不了，所以必須有對應(yīng)的技術(shù)和要求，傾斜攝影技術(shù)就是針對無人機(jī)所產(chǎn)生的一種全新技能，也讓航拍測繪領(lǐng)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(jī)進(jìn)行傾斜攝影測量的相關(guān)案例！

江蘇啟飛

　?。?）使用“消費級無人機(jī)”



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



　　該類無人機(jī)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(jī)，飛行范圍在目視視距內(nèi)半徑500米、相對高度**120米的范圍內(nèi)，無須證照。而消費級無人機(jī)重量一般在1至2千克左右，而且是在視距內(nèi)飛行，因此不需要考取駕照。



　?。?）降低無人機(jī)拍攝要求



　　按照一般思路，相機(jī)系統(tǒng)必須由5個相機(jī)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(jìn)行間隔曝光。但通過對數(shù)據(jù)后處理過程的分析，數(shù)據(jù)采集的**要求是獲取目標(biāo)*的影像信息。基于此，用單個相機(jī)通過多角度順序序列曝光獲取目標(biāo)影像信息完全可以代替5視傾斜攝影相機(jī)航線間隔曝光的數(shù)據(jù)采集過程。



　?。?）實現(xiàn)智能控制無人機(jī)



　　無人機(jī)智能控制包括飛行控制和相機(jī)控制。而各大消費級無人機(jī)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?，通過程序即可實現(xiàn)無人機(jī)飛行平臺和相機(jī)系統(tǒng)的智能控制。



　　基于以上3點，利用消費級無人機(jī)飛行平臺，搭載配套單相機(jī)系統(tǒng)，通過程序?qū)崿F(xiàn)航攝路徑設(shè)計，控制曝光角度、曝光間隔即可完成傾斜攝影數(shù)據(jù)采集的過程。



　　3消費級無人機(jī)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(yīng)用特選擇了廣西南寧邕寧區(qū)百濟(jì)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(jī)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(shè)計，讓飛行作業(yè)較加安全，續(xù)航時間長達(dá)28分鐘。



　　該無人機(jī)搭載精靈系列較新成像設(shè)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(shè)計、曝光設(shè)置、飛行監(jiān)控等功能。通過廣泛調(diào)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(wù)規(guī)劃）的Target-WP（目標(biāo)航點設(shè)計）功能中，具備任務(wù)規(guī)劃功能，能夠規(guī)劃飛行航點，設(shè)計飛行高度；能夠設(shè)定目標(biāo)點、控制相機(jī)拍照方向角度和俯仰角度，控制曝光間隔；還能夠?qū)崟r監(jiān)控飛機(jī)的飛行位置、姿態(tài)，以及相機(jī)拍攝畫面。



　　按照常規(guī)方法，使用五視傾斜相機(jī)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(shù)據(jù)量，采用的矩形環(huán)繞中心拍照的的曝光方式。具體設(shè)計步驟如下：



　?。?）確定地面分別率**0.05米，考慮到所選相機(jī)視角為94度，我們設(shè)計鏡頭與目標(biāo)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(jù)實際情況設(shè)計10個航拍目標(biāo)點T1~T10，為保證航攝俯角α在35°-40°之間，設(shè)定目標(biāo)高度為相對高度-20米，此時α=Arctan（d/(h+20))=37.87°。



　　（3）依據(jù)航攝目標(biāo)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(biāo)點。為較高效利用航攝路徑，減少無效重復(fù)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(biāo)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(biāo)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(shè)計如圖3所示。

無人機(jī)傾斜攝影航

　　4 實驗



　　完成航線設(shè)計后，即可執(zhí)行航攝任務(wù)。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(shù)據(jù)通過ContextCapture三維建模軟件進(jìn)行生產(chǎn)，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(jī)傾斜攝影實驗結(jié)論



　　通過觀察模型成果，發(fā)現(xiàn)該方法完成的三維實景模型，紋理豐富，細(xì)節(jié)明顯，空間位置關(guān)系精準(zhǔn)，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(yù)期要求，是一種可行的傾斜攝影數(shù)據(jù)采集方案。



　　本實驗采用一種低成本、低技術(shù)門檻的方法實現(xiàn)了傾斜攝影數(shù)據(jù)的采集，但本方法只適用于1~3個平方千米的數(shù)據(jù)采集，當(dāng)進(jìn)行*范圍傾斜攝影數(shù)據(jù)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(yīng)用于應(yīng)急測繪**服務(wù)、新農(nóng)村規(guī)劃、農(nóng)村房屋權(quán)籍調(diào)查、數(shù)字城市建模、工程項目進(jìn)度監(jiān)督、國土執(zhí)法監(jiān)測等方面。



　　傾斜攝影技術(shù)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(jīng)過多臺傳感器從不同的視點進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集，快速、高效獲取豐厚的數(shù)據(jù)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(chǎn)的三維實景模型現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于應(yīng)急測繪保證、疆土、公共安全、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、**等多個職業(yè)范疇，展示了巨大的潛力。


江蘇啟飛應(yīng)用航空科技有限公司專注于*,**,*3D建模,*電力巡檢等

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