无人机倾斜摄影技术制作建筑立面图方法研究

陈志伟

摘要：传统的立面图制作是依靠全站仪进行采集，这种作业方式效率低、风险高、成本高，难以解决工期紧的问题。对于三维激光进行立面图采集，可有效解决效率低的问题，但是三维激光价格昂贵，获取的点云数据噪点多，需要进行滤波等相关操作，对作业人员技术水平要求高，也有一定的局限性。随着无人机技术的迅速发展以及相机分辨率的不断提高，加上摄影测量软件算法的不断优化，倾斜摄影建模技术得到了迅速发展。倾斜摄影通过多角度全方位的对地面进行拍摄，可以从多个角度获取建筑物侧面结构纹理信息，这让利用模型生产立面图成了可能。

关键词：无人机倾斜摄影;实景三维模型;建筑物立面图

引言

无人机是一种由动力驱动、无人驾驶可重复使用的航空器的简称Unmannedaerialvehicle。它具有实时定位、使用方便的优点。成图精度受摄像头分辨率限制，测绘工期短，尤其在大面积大工程量测绘时，该优势体现明显。人工外业工作量很小，仅需要采集少量外业像控点或遮挡严重地区进行补测。成图速度快，但数据内业需要处理大量的信息，比如进行航摄影像纠正、空三加密软件及立体测图软件等，内业工作量相对加大，且对电脑软件配置要求比较高。测绘产品丰富，一次航测可制作成DLG、DOM、DEM等多种产品。前期准备时间少，工程响应时间迅速。安全性高，受环境限制少。

1无人机倾斜摄影技术介绍

1.1无人机倾斜摄影原理

无人机倾斜摄影测量是指在无人机飞行平台上挂载多个多角度非量测数码相机，从空中对地面进行拍摄获取地面影像数据。目前主流的搭配为五镜头，即前视、后视、左视、右视和下视，四个侧视镜头主要获取建构筑物侧面纹理信息，这位立面测量提供了保障。下视镜头获取建筑物的顶部信息，避免航飞过低时建筑物顶部因重叠度不够而出现空洞。五镜头侧视镜头夹角一般呈45度，由等边直角三角形可知，要完整获得测区边缘，则航线至少要外扩一个航高。

1.2无人机倾斜摄影建模流程

1.2.1外业测量流程

外业工作以安全高效完成测区拍摄为目的，要注意遮挡物、禁飞区、风速影响、测区大小合理性等问题，严格按照技术要求布置相控点、检查点，以保证测绘质量。外业工作与传统测绘相比看似简单了，但每一步操作都有需要特别注意的事项。现场踏勘过程中，注意避开高大建构筑物，需要在绘制飞行路线时优化布置。像控点布设则要注意分布均匀，明显突出于周围地物。像控点布设的好坏直接影响到内业成图质量。飞行过程中要时刻注意电池剩余电量、摄像头角度、飞行速度等参数，做好应急处理。飞行即将结束时，注意落地点是否避开行人、车辆等遮挡物。

1.2.2内业数据处理

对于建筑立面测图工作，内业处理起来相对复杂一些。传统空三测量对倾斜影像数据处理效果不理想，所以需要结合飞机传感器提供的POS外方位元素数据进行联合平差，同时结合现场布设的控制点进行联合平差，通过误差方程解算出影像的外方位元素，以前方交会的形式求出点位的三维坐标。在建模处理成3D模型后，需要在三维测图软件中进行数据加工，绘制出图。

2项目实例

2.1内业三维模型生产

对获取的影像成果和POS数据进行整理，删除无效影像，利用匀光匀色软件，对全部像片进行调色，利用拖把更名器，对所有影像进行重命名。整理原始像控点数据，解算像控点成果。利用ContextCapture软件自检校功能，对少量影像进行空三解算，获得更加精确的相机参数。空中三角测量主要包括自由网平差和带着控制点的平差，自由网平差理论上是指没有任何约束的平差，也可以说是带着POS数据的平差。初次平差，主要依据POS数据，解算过程主要包括影像金字塔的创建、特征检测、特征提取、特征匹配、图像相似度计算、带着POS数据的平差调整。二次平差，是指带着像控点的平差，平差的结果是将POS下的虚拟坐标系转换到像控点坐标系下，使生产的实景三维模型具有准确的坐标。

2.2采用仪器设备及测图软件

该项目采用的测绘仪器主要有：GPS：本工程采用南方测绘RTK，支持北斗+GPS等多系统联合定位，进行像控点现场精确定位。无人机：本工程采用飞马D2000多旋翼测绘无人机，倾斜五镜头相机拍摄，航片拼图较少，精度可满足工程要求。通过手机端奥维浏览器即可制定飞行路线，并可导入到飞马软件中，操作简单方便。建模软件：可选择CongtextCapture等软件进行建模，检查所有控制点在照片上的位置和坐标数据，完成空三测量。

繪图软件：需选择具有立体测图模块的软件，如CASS-3D、EPS5.0等。此类测图软件是通过加载倾斜影像、垂直影像获取的实景表面模型、点云数据进行矢量数据采集的测绘地理信息软件系统。

2.3EPS软件立面图制作

本次立面图制作使用的是北京清华三维的EPS5.0软件，该软件模块多，功能齐全，可以较好地生产并导出立面图成果。首先确定要生产立面图的对象，然后利用软件的“模型文件切割”功能，将需要制作立面图的建筑物从原有模型中分离出来，这样在采集立面的时候无遮挡，可使采集的立面图精度更高。通过调整透视投影，可以改变查看模型的角度，更有利于立面图的绘制。

结语

综上来看无人机优势明显，能满足社会发展对数据更新的要求，在国家经济建设中发挥越来越突出的优势。需要指出的是在精细测绘、变形控制等方面，目前还不能满足很高精度的要求。但随着影像技术和飞行器技术的发展，这些问题都会很快得以解决。目前随着无人机分辨率的增强以及续航能力的提升，该技术被应用在社会生产的多个领域。可具体应用于农村土地确权、石油管道、输电线路巡线、矿山资源开发、地质监测等。它很好的解决了传统测绘面临的问题，无人机航测成为地形图测绘的新趋势。

参考文献

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