董 嘯 鐘永康 蒙 婕

(桂林電子科技大學(xué)建筑與交通工程學(xué)院,廣西 桂林541004)

科技的迅速發(fā)展使得無人機(jī)航測技術(shù)日益成熟,測繪行業(yè)將會(huì)發(fā)生重大改變。無人機(jī)攝影測量技術(shù)作為航攝影像獲取的主要途徑之一,具有高重疊度、大比例尺、低成本和高質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn),為正射影像的制作提供了必要的條件。無人機(jī)攝影測量成果可以通過專業(yè)軟件自動(dòng)生成數(shù)字地表模型和數(shù)字正射影像,可以將土木工程與現(xiàn)代數(shù)字化技術(shù)融合,低成本、高效率、高精度建立大面積正射影像圖并轉(zhuǎn)化為輕量化區(qū)域地理信息圖。

1 測區(qū)概況

測區(qū)位于廣西壯族自治區(qū)桂林市靈川縣桂林電子科技大學(xué)花江校區(qū),地處東經(jīng)110°251′20″,北緯25°19′03″,東臨黃沙河,南至靈朝公路,西、北兩側(cè)依山而建,呈東南低,西北高的地勢,地形起伏較小,攝區(qū)面積約為2km2。

測區(qū)屬中亞熱帶季風(fēng)氣候,氣候溫和、雨量充沛,全年風(fēng)向以偏北風(fēng)為主,平均持續(xù)風(fēng)速范圍為2.2～2.7 米/秒。年平均日照時(shí)數(shù)為1670 小時(shí),平均氣壓為994·9 百帕。

2 飛行參數(shù)

使用大疆精靈4 Pro 無人機(jī)搭載FC6310 相機(jī)進(jìn)行本次航測任務(wù),獲取桂林電子科技大學(xué)航空攝影測量影像。按照中華人民共和國現(xiàn)行的國家規(guī)范要求,將航向重疊率設(shè)置為60%,旁向重疊率設(shè)置為40%。

通過相機(jī)自檢校獲取該航測相機(jī)參數(shù)如表1。

表1

根據(jù)《低空數(shù)字航空攝影規(guī)范》,相對(duì)航高的計(jì)算公式如下:

式中：H——相對(duì)航高；f——攝像鏡頭焦距；GSD——影像地面分辨率；a——像元尺寸。

因此,若將地面分辨率設(shè)置為1cm/PPI,則相對(duì)航高為：

獲取無人機(jī)飛行參數(shù)后,進(jìn)行測區(qū)內(nèi)航線規(guī)劃,起飛前準(zhǔn)備等工作。由于桂林市春季降雨量豐富,空氣濕度大。若在雨天霧天等潮濕環(huán)境下飛行,水汽極有可能慎入內(nèi)部腐蝕電子元器件,造成無人機(jī)損壞,因此,應(yīng)盡量選擇晴天干燥,能見度大于800m 的天氣下進(jìn)行航測工作,且在飛行結(jié)束后對(duì)無人機(jī)進(jìn)行干燥處理。為利于飛機(jī)和遙控器進(jìn)行通信,選擇的起飛地點(diǎn)應(yīng)空曠而且沒有障礙物,同時(shí)應(yīng)注意躲避電線等細(xì)小的障礙物,以免安全事故發(fā)生。

3 Pix4D 數(shù)據(jù)處理

Pix4D 作為一款基于無人機(jī)影像數(shù)據(jù)處理的專業(yè)軟件,可以完全自動(dòng)化的處理數(shù)據(jù),生成數(shù)字正射影像、數(shù)字地表模型、DTM及三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)等成果,得到更高精度的結(jié)果,使無人機(jī)真正成為時(shí)代最新的專業(yè)測量工具。同時(shí)它還有自動(dòng)空三,計(jì)算原始影像外方位元素,并且自動(dòng)校準(zhǔn)影像等功能。軟件自動(dòng)生成精度報(bào)告,可以評(píng)估結(jié)果的質(zhì)量,此功能不僅即時(shí)而且準(zhǔn)確。提供的定量化的自動(dòng)空三、區(qū)域網(wǎng)平差、地面控制點(diǎn)的精度等也十分詳細(xì)。

Pix4D 數(shù)據(jù)處理流程如下：

3.1 新建項(xiàng)目,影像導(dǎo)入。若航測時(shí)已設(shè)置為影像寫入POS信息,可直接將無人機(jī)攝影測量影像導(dǎo)入Pix4D 中,軟件可直接讀取；若影像未寫入POS 信息,則需要將POS 信息整理后與影像一同導(dǎo)入Pix4D。

3.2 設(shè)置相關(guān)坐標(biāo)系參數(shù),導(dǎo)入控制點(diǎn)坐標(biāo)。將野外實(shí)測控制點(diǎn)坐標(biāo)在已導(dǎo)入的影像上進(jìn)行刺點(diǎn),以保證成圖精度。

3.3 設(shè)置處理選項(xiàng)。對(duì)點(diǎn)云加密參數(shù)、地面分辨率等按需要進(jìn)行最優(yōu)設(shè)置,在保證成果精度的情況下盡可能地縮短影像處理時(shí)間。

3.4 數(shù)據(jù)處理。上述流程完成后,軟件進(jìn)行將空三計(jì)算、平差計(jì)算與正射校正等處理,輸出數(shù)字地表模型、數(shù)字正射影像等成果。(圖1)

圖1 Pix4D 制作正射圖流程圖

當(dāng)影像處理完成后,對(duì)質(zhì)量檢測報(bào)告中的控制點(diǎn)誤差統(tǒng)計(jì)進(jìn)行分析得出,各控制點(diǎn)和pix4D 計(jì)算點(diǎn)誤差均滿足《數(shù)字航空攝影測量空中三角測量規(guī)范》的誤差要求,生成的數(shù)字地表模型、所得數(shù)字正射影像成果如圖2-3 所示。

圖2 桂林電子科技大學(xué)正射圖(局部)

4 Pix4D 制作正射影像圖的優(yōu)勢與不足

Pix4D 不僅操作界面非常直觀,而且具有完全自動(dòng)化的圖像處理過程。其優(yōu)勢展現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：

4.1 專業(yè)操作要求不高,用戶可根據(jù)使用手冊自行學(xué)習(xí)使用；

4.2 數(shù)據(jù)處理快,節(jié)約時(shí)間；

4.3 處理得到的DOM、DSM精度高；

4.4 相機(jī)參數(shù)獲取自動(dòng)化,無需人工導(dǎo)入；

4.5 自動(dòng)生成GOOGLE 瓦片和紋理三維模型。

圖3 桂林電子科技大學(xué)數(shù)字地表模型(局部)

但是需要注意的是,該技術(shù)方法屬于土木工程與現(xiàn)代數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)新融合,在專業(yè)交叉領(lǐng)域存在少許分歧,需要專業(yè)各方進(jìn)一步交流。在Pix4D 制作正射影像的過程中,其中間結(jié)果無法大幅度人為干預(yù)調(diào)整,存在不可控因素。

總體而言,與傳統(tǒng)人工持儀器測量相比,該方法精度高、速度快,實(shí)現(xiàn)人力物力成本最小化。此技術(shù)成果可廣泛運(yùn)用于網(wǎng)絡(luò)及手機(jī)客戶端,旨在為數(shù)字化校園建設(shè)、室內(nèi)導(dǎo)航、數(shù)字小區(qū)、數(shù)字城市、GIS 精準(zhǔn)定位、海綿城市、大范圍土地利用等提供科技支撐。

5 結(jié)論

本文通過對(duì)桂林電子科技大學(xué)進(jìn)行無人機(jī)攝影測量,運(yùn)用Pix 4D 對(duì)所得影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,生成了數(shù)字模型和正射影像圖。通過對(duì)運(yùn)用Pix4D 生成的正射影像圖的精度進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)其精度滿足大比例尺地形測繪的應(yīng)用,進(jìn)一步驗(yàn)證了Pix4D 在正射影像圖制作中的可行性。隨著Pix4D 在無人機(jī)航測的應(yīng)用逐漸廣泛,會(huì)探索出解決目前存在的缺陷或?qū)⑷毕萑趸姆椒?研究出精度、準(zhǔn)確性更高的正射影像圖制作方法。