《基于无人机倾斜摄影技术制作三维模型的精度分析》-理学论文，地理论文-论文范文参考-科学狗论文网

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基于无人机倾斜摄影技术制作三维模型的精度分析

范文

于澎

（辽宁省地理信息院，辽宁沈阳 110034）

摘要：本文阐述了多旋翼无人机搭载倾斜摄影平台获取影像数据配合高精度的后差分系统和少量的像控点，使用Smart3D软件进行三维建模，并将模型数据导入TE Pro软件对模型的精度进行分析。同时通过实验验证了该工艺制作的三维模型纹理清晰，空间位置精度能够满足1：500地形图的相关要求，为智慧城市建设三维模型制作提供可靠的解决方案。

关键词：无人机倾斜摄影、后差分、Smart3D

1 引言：本文结合实际生产任务，利用无人机倾斜摄影后差分技术进行影像获取、建立模型、精度分析等。通过实验总结出无人机倾斜摄影后差分技术可提高POS精度应用于制作三维模型其精度能够满足1：500地形图精度要求，为后续数据开应用提供技术的支持。

2 无人机倾斜摄影系统及三维建模平台

本实验区采用广州红鹏公司的微型无人机，该机具有飞行可靠性高、起飞和着陆场地要求低、操作使用简单、影像分辨率高等特点。相机由5个CCD集成可在同一时间获取不同方向的影像数据，系统搭载的后差分模块可以在作业时记录飞机的飞行轨迹在配合地面基站联合解算得出高精度POS数据，为三维建模的精度提供有力保障。实验区域采用Smart3D软件进行三维建模，该软件是基于图形运算单元GPU的快速三维场景运算软件，整个过程无需人工干预就可以从简单连续影像中生成最逼真的实景真三维场景模型。后期精度统计使用Skyline公司的TE Pro软件进行数据分析等。

3实验区概述

本摄区位于辽宁省铁岭市昌图县，测区面积约0.7km?，区域内地势平坦，高差起伏小，平均海拔96米。

4实验方案

4.1实验流程。本次实验总体技术流程分为倾斜摄影数据获取、三维建模、三维模型分析三个部分，流程如图所示。

4.2 航线设计。本实验区利用DJI进行航线设计，并考虑聚合物锂电池的续航能力，确定每架次飞行时间在15分钟左右。共设计飞行6个架次，航高100米，地面分辨率为0.03米，航向及旁向重叠均大于75%，每架次左右连接处间隔大于半条基线，上下连接处重叠大于30米。

4.3航摄辅助系统。本次航摄采用后差分技术，并配套使用GGPos GNSS动态后处理软件，在本摄区内选用全省联测B、C级点作为地面基站。结合无人机搭载后差分接收机AGS 200，可实现厘米级动态差分定位。

4.4像控点选点测量。利用省级CORS站配合GPSRTK技术对像控点进行施测。三次平滑求平均数采集记录数据。平面坐标系统采用国家2000直角坐标系，高程采用黄海1985高程基准。

4.5三维模型。实验区域采用Smart3D软件进行模型空三加密及三维建模，整个建模过程人工干预量少可快速自动进行几何处理、多视匹配、三角网构建、自动赋纹理等。

1、数据下载、解算POS。影像获取完成后分别下载保存五个角度影像数据、差分模块所获取的轨道参数信息、地面基站数据等，在通过GGPos动态后处理软件联合解算求出高精度轨道坐标值。

2、数据资料整理。数据下载完成后，我们对获取的测区影像和POS进行质量检查并统一编号。分析测区概况、建筑物高差信息、河流信息、航摄信息、数据量、磁盘空间、分区等情况，并整理模型区域的控制点、检查点等。

3、设定初始参数、建立工程。根据影像信息，设置相机参数、主距以及相片的坐标信息等。建立工程设置参数并导入影像和POS数据。

4、空三加密初始化。根据导入的影像数据和POS信息对倾斜摄影数据先进行简单的空三计算得到相片之间的位置关系，此操作方便后续导入像控点。

5、像控点选刺、定义坐标系统。通过简单的空三计算我们得出三维模型概略的空间位置关系，然后导入像控点进行选刺点。选择像控点时每个架次连接处选取相应的像控点以及在测区转角处选取，其它地区均匀分布。本摄区共选取25个像制点作为空三定向点。

6、空三加密。像控点选刺完毕，提交空三进行计算，软件根据影像的特征及POS数据信息提取匹配点，并且按照像控点的坐标位置进行绝对定向，从而得到三维模型空间地理坐标。通过空三报告可以看出像控点和影像匹配的模型点中误差分别为0.28PX（像素）和0.72PX（像素），其空三满足1：500图规范要求。

7、框定三维模型建模范围。根据成图的范围外扩30米做为生成模型的实际范围。

8、点云提取和建模。设定模型生成高程范围尽量贴近但大于实际范围，跟据空三加密信息成果自动提取点云并建模（点云构造三角网、生成白模、贴复纹理）。

9、模型打包输出。设定输出坐标系CGCS2000，高斯投影3度分带中央经线123度，85高程基准将生成的模型输出成通用的osgb格式。

4.6精度檢测。本实验区域应用真实三维场景进行精度统计，采用Skyline公司生产的TE Pro软件进行精度统计其平面点检测45个中误差为0.074米，高程点52个中误差为0.09。精度统计如表：

结论：本文阐述了无人机倾斜摄影利用后差分技术进行三维建模的案例，完成了铁岭市昌图县0.7平方公里的三维建模任务。通过实验表明该技术制作出的三维模型空间位置精度满足城市1：500地形图的精度要求，可以应用于小范围地形图测量以及三维模型地形修测。

参考文献

[1]曲林，冯洋，支玲美，高文慧基于无人机倾斜摄影数据的实景三维建模研究测绘与空间地理信息， 2015（3）：38-39

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