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无人机倾斜摄影测量技术标准
发布时间:2019-06-28   点击次数:580次

无人机倾斜摄影测量技术的应用过程中,存在模型分辨率不*致,精度不可靠,格式不匹配的问题。然而,目前没有评估任务质量的标准,这在*定程度上限制了无人机的倾斜。摄影测量技术得到了进*步发展。本文针对无人机倾斜摄影测量技术的现状,讨论了从航空摄影准备(硬件)到数据处理应用(软件)的整个过程流程的技术标准,并提供了*些无人机倾斜摄影测量技术的实践者。

关键词:无人机;倾斜摄影;技术标准

无人机倾斜摄影测量技术是近年来发展起来的*项新技术。倾斜摄影技术的三维数据能够真实地反映地物的外观、位置、*度等属性。利用无人机可以快速采集图像数据,实现三维造型的自动化。倾斜摄影数据是具有空间位置信息的可测量图像数据,可以同时输出DSM、DOM、TDOM、DLG等多种结果。目前,无人机倾斜摄影测量技术已被越来越多的行业所认可和应用,但*无人机倾斜摄影技术标准尚不明确,这给无人机倾斜摄影带来了*些问题。本文结合实际工作和研究经验,探讨了无人机倾斜摄影测量的技术标准。

无人机倾斜摄影系统简介

传统的航空摄影只能从垂直角度捕捉地面物体。倾斜摄影通过在同*平台上携带多个传感器并同时从不同角度(如垂直和侧视图)捕获图像,有效地弥补了传统航空摄影的局限性。然后,UAV倾斜摄影系统可以定义为:使用无人机摄像机作为飞行平台和倾斜摄像机作为任务设备的航拍图像采集系统。

1.1飞行平台性能要求

目前市场上有多种无人机,根据动力系统可分为内燃机动力和电池动力;从飞行实现可以分为固定翼和转子(单转子、多转子)。由于飞行平台的振动问题,电池功率在成像质量上优于发动机功率;固定翼在运行效率和寿命方面优于转子;在飞行稳定性方面,转子优于固定翼。由于无人机的用途不同,其性能标准也不同。测绘无人机对飞行标准提出了更*的要求,在载荷、巡航速度、实际海拔、寿命、安全性和抗风能力等方面都受到限制。

例如:

无人机小负荷2kg;

2多旋翼巡航速度大于6米/秒,固定翼无人机巡航速度大于10米/秒;

(3)电池续航时间大于25分钟,内燃机续航时间大于1小时。

(4)风阻要求不低于4级风速;

无人机实际*度限制在1000 m以上,*度不低于3000 m。

1.2倾斜摄像机的性能要求

《低空数字航空摄影规范》(CH/Z 3005-2010)中,测绘航空摄影的倾角规定为垂直摄影:倾角不大于5度,大不大于12度。现有航测软件的处理能力大大提*。根据本标准,15度以上的倾斜角度可分为倾斜摄影。随着倾斜摄影技术的发展,倾斜相机不再限制镜头的数量。倾斜相机的关键技术指标是从不同角度获取图像的能力,以及单架次作业的广度和深度。它包括五镜头、三镜头、双镜头多镜头相机和单镜头系统,可以调节相机的拍摄角度。在无人机航测标准中,航拍像素不低于3500万。在倾斜摄影中,单个相机的像素不受限制,但*次曝光所获得的图像像素可以被控制。倾斜摄像机的性能要求可以从图像采集能力、工作时间、曝光功能、持续时间、位置记录功能等方面加以限制。

例如:

*次曝光像素越*,效果越好,但根据设备成本,单镜头不少于2000万像素,*次曝光不少于1亿像素;

(2)工作时间至少可达到90min。hao有能力围绕时钟工作;

3有*个定点曝光功能,以确保图像重叠符合要求。

2 飞行航线的设计

2.1 航摄*度的确定

无人机倾斜摄影飞行*度是航线设计的基础。航空摄影*度需要根据任务要求选择合适的地面分辨率,然后结合倾斜相机的性能,按公式(1)计算h=f*gsd/alpha(1),h为航空摄影*度,单位m;f为镜头焦距,单位。

α是像素大小,mm;gsd是地面分辨率,m是单位。

2.2空中重叠的设置

低空数字航空摄影规范规定“航向重叠*般应为60%至80%,小值应不低于53%;侧面重叠*般应为15%至60%,小值应不小于8%“。当无人机倾斜相机时,侧面重叠显然不足。无论航向重叠还是侧重叠,根据算法理论推荐的值为66.7%。它可分为两种情况:稀有建筑和密集建筑。

2.2.1稀有建筑区

考虑到俯仰和侧倾对飞行器倾斜的影响,在没有*层建筑、地形与物体*度相差较小的区域,倾斜摄影测量不少于70%。要获得*个区域的完整图像,无人机必须飞越该区域。以这两幢楼宇之间的面积为例,如果这两幢楼宇因*度而完全封闭,而飞机又不飞越该地区,无论加多少摄影机,都是不可能捕捉到覆盖范围的。从而导致了建筑模型几何结构的粘合。

2.2.2建筑密集地区

在人口稠密地区建立遮挡问题非常严重。在航空摄影期间路线重叠的设计不充分且在相关建筑物上没有飞行将导致建筑模型的几何结构的附着。为了提*人口密集区域的图像采集质量,图像重叠可以设计*达80%至90%。当*层建筑的*度大于天线*度的1/4时,可以通过增加图像重叠和交叉飞行来解决,以增加冗余观察。例如,着名的上海陆家嘴地区倾斜摄影使用超过90%的重叠图像采集,以防止建筑物相互阻碍。图像重叠与图像数据量密切相关。图像重叠越*,同*区域中的数据量越大,数据处理的效率越低。因此,在设计路线时,我们必须平衡两者之间的平衡。

2.3 区域覆盖设计

“覆盖范围应超过摄影区域的边界线不少于两条基线。侧面覆盖率*般不低于图像区域边界线以外的50%。这是对航空摄影区边界覆盖原始规范的保证,但在无人机倾斜摄影中明显不足。理论上,像观察测量区域中心区域的特征点*样,目标区域边缘上的物体可以出现在图像的任何位置。考虑到测区的*度差,可以用式(2)L=h1*tantheta+h2-h3()+l1(2)计算出路线向外扩展的宽度,式中L为向外扩展的距离,h1为相对*度,theta为相机倾斜角,h2为摄影基准面*度,h3为低点P。测区边缘点*,l1为图像振幅的*半对应的水平距离。

3 控制测量

控制测量是为了保证空间三次测量的精度,确定物体在空间中的位置。在常规低空数字航空摄影测量野外编码中,详细介绍了控制点布设方法,这是保证大比例尺测图精度的基础。与传统摄影测量相比,倾斜摄影需要更*的图像重叠度。目前对图像控制点放置要求的规范不适用于*分辨率无人机倾斜摄影测量技术。无人机通常采用GPS定位方式,利用自己的POS数据,确定图像的相对位置是明显的,可以提*空间三次计算的精度。

3.1 常规三维建模

在Smart3D算法的基础上,从终的空三特征点云的角度给出控制间隔。建议的值是每20,000或40,000像素设置*个控制点。其中,差分POS数据(相对准确的初始值)可以放宽到40000像素,并且至少20,000个没有差分POS数据的像素可以设置控制点。同时,应根据各任务的实际地形情况灵活使用,如地形起伏大、大面积植被和地表水特征点少、需要适当增加控制点等。控制点测量采用附加导线测量方法,获得*精度的位置信息。

3.2 应急测绘保障

在地震,山体滑坡,泥石流等自然灾害发生后,为了及时测量灾区的三维数据,不能按照传统的操作方法进行控制测量,可以通过读取坐标,手持GPS快速进行Google地图中的测量,RTK测量等。在灾区获取少量控制点,生成真实的灾区三维模型,为救灾提供帮助。

3.3 点位选择要求

图像控制点的目标图像应清晰,当前对象的小交点和对象的明显角点的位置应固定且易于测量。当条件具备时,可先制作现场控制点标志,*般选用白色(或红色)油漆画十字形标志,并在航拍飞行前拍摄多幅图像,以确保在倾斜图像上正确识别十字形标志。控制点测量完成后,应及时绘制控制点分布示意图和控制点信息表,准确描述各控制点的方位和位置信息,便于内部点的使用。

4 空中三角测量

以Smart3D捕获自动建模系统为例,阐述了空中三角测量的相关要求。

4.1 像片刺点

根据实际位置,将现场测量到的控制点信息插入到自动建模系统中。这项工作被称为图像刺点。刺的位置*般是十字的中心、直线的右、左角或直角的内角,如斑马线的左右角,由图像分辨率和斑马线的宽度来估计。缩放图像到正确的大小,以完成刺点。

4.2 空三计算

系统的空心三计算自动完成,并采用波束法区域网络整体调整方法进行。也就是说,使用由图片组成的光束作为调整单位,并且使用中心投影的共线方程作为调整单元的基本方程,并且通过旋转来建立模型之间的共同光。和每个射线束在空间中的平移。实现+交叉,并将整个区域+地嵌入控制点坐标系中,从而恢复对象之间的空间位置关系。

4.3 空三精度

在《数字航空摄影测量空中三角测量规范》中,对图像连接点相对方位的个数和误差进行了明确的定义,但无人机三号倾斜摄影中没有相对方位信息,没有反映出单点连接的精度指标。它不能像传统的航空三号天线那样地选择总误差,因此可以从像方和物方两个方面进行综合评价。准确度为3。目标的精度评估是常用的,即比较加密点与检查点之间的坐标差(冗余的照片控制点,不参与调整);图像的精度评估是由图像匹配点的反投影误差控制的。传统的三种精密度指标只能代表整体的精度范围,却看不到局部的精度问题,通过外部元素的标准差可以得到更全面的性能。*般来说,空三个操作的质量指标包括:切片是否丢失,连接点是否正确,是否有层、故障、错位,检查点误差、图像控制点残差、连接点误差是否在*限误差范围内。

5三维模型质量

无人机倾斜摄影测量技术可以提供三维点云、三维模式、真正像(TDOM)、数字表面模式(DSM)等多种技术成果。其中,三维模型具有真实、详细、具体的特点,通常称为真实三维模型。三维模型可以作为*种新的基础地理数据进行精度评价,包括位置精度、几何精度和纹理精度三个部分。

方面。

5.1 位置精度

通过比较加密点和校验点的精度,三维模型的位置精度评价与空间3相似。在控制点附近的平坦区域,精度比较容易,当几何特征如角、壁线、陡脊发生较大变化时,模型上采样点的误差较大,精度测量的可靠性可降低,从而得到终的结果向量或模型数据,并相互比较。

5.2 几何精度

传统的手工建模可以自由地设计地面物体的几何形状,而真正的三维自动建模,图像特征越完整,三维模型的几何特征就越完整。相反,图像重叠是不够的,并且可能存在诸如破面,缺面,漏缝,悬浮空间,地板和基台等情况,这些情况影响对象的几何信息的完整表达。这是*个主要问题,无法完全避免。它可以评估如下。在3D模型浏览软件中,视角是根据天线角度固定的,模型拉伸到与实际分辨率相对应的*度,看模型,明显的变形和拉花可以判断为合格,反之亦然。

5.3 纹理精度

真正的三维建模完全依靠计算机自动匹配物体的纹理信息。由于原始图像的质量不同,匹配结果在颜色、亮度和纹理上可能存在不*致。为了提*纹理精度,必须提*匹配的图像质量,消除云量、透镜反射、地面阴影、大面积相似纹理、异常分辨率变化等问题,提*匹配计算的精度。

6结 语

随着我国*技术和经济的快速发展,无人机倾斜摄影测量技术得到了越来越广泛的应用。探讨和制定无人机倾斜摄影测量技术标准,将*大地促进该技术的规范应用,更好地为*建设服务。目前,本文只提出了*些设想,还需要在今后的工作中继续研究、实践和完善。

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