1.多旋翼無人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)

1.1配置清單

備注：

1. 大疆無人機(jī)加五鏡頭相機(jī)價格25-30萬。無人機(jī)也可選用華測P550無人機(jī)。

2. Context Capture自動建模軟件價格約為26萬左右。

1.2方案優(yōu)勢

1、無人機(jī)優(yōu)勢：大疆無人機(jī)全球銷量zui高，性能穩(wěn)定飛控安全性zui佳；其六旋翼設(shè)計(jì)能在1-2個螺旋槳故障情況下安全落地保護(hù)搭載設(shè)備安全；抗風(fēng)性能優(yōu)越；作業(yè)方便快捷單人便可外出作業(yè)，是市面上綜合效率zui佳的工業(yè)級無人機(jī)；同時具有后期維修成本低、維修備件充足、返修速度快等一系列優(yōu)勢。

2、傾斜相機(jī)優(yōu)勢：

（1）睿鉑傾斜相機(jī)全球銷量第—品牌，市場份額占70%以上，僅2018年銷量就有400多臺。

其與大疆聯(lián)合開發(fā)的觸發(fā)模塊，在不外加GPS下讀取大疆飛控API數(shù)據(jù)使用大疆高精度GPS實(shí)現(xiàn)等距拍照模式相比等時拍照模式，照片數(shù)量更少，重疊率精確度更高。

（2）睿鉑專門針對context capture建模的一款預(yù)處理軟件，擁有一鍵導(dǎo)入數(shù)據(jù)，自動生成context capture的工程索引等功能，zui大程度減少數(shù)據(jù)處理人工干預(yù)程度；

（3）“Rainpoo orientation tool”是糾正相機(jī)影像自動旋轉(zhuǎn)的圖像坐標(biāo)處理工具，使得5個相機(jī)所拍攝的影像坐標(biāo)完全統(tǒng)一，能有效解決使用context capture空三后再進(jìn)行勻色處理造成的建模報(bào)錯問題；

（4）光學(xué)鏡頭采用復(fù)消色差技術(shù)，能夠大幅提高鏡頭的銳度值、降低色散，提高同名點(diǎn)匹配精度，大幅度降低空三建模分層概率；

（5）目前市面重量zui輕APS-C畫幅傾斜相機(jī)，并且內(nèi)置扇熱導(dǎo)熱通道，和靜電除塵系統(tǒng)，即使夏天在固定翼機(jī)身內(nèi)部也能正常作業(yè)，兼容市面絕大部分多旋翼無人機(jī)和固定翼無人機(jī)；

（6）全國無人機(jī)傾斜相機(jī)唯—一款具有相機(jī)同步性反饋廠家，記錄每一個相機(jī)曝光時間，動態(tài)補(bǔ)償每一個相機(jī)采樣，并且把相機(jī)曝光均值發(fā)送給差分接口；

（7）相機(jī)機(jī)身、控制單元、數(shù)據(jù)拷貝單元獨(dú)立模塊化設(shè)計(jì)，易于更換和維修；

（8）兼容安卓系統(tǒng)和蘋果系統(tǒng)手機(jī)通過藍(lán)牙測試和控制相機(jī)，提高使用效率；

（9）開發(fā)的下載模塊能對五個鏡頭數(shù)據(jù)統(tǒng)一拷貝，平均拷貝速度：70M/S；

3、公司資質(zhì)齊全：華測公司具有民用無人駕駛航空器經(jīng)營許可證，資質(zhì)完善。華測旗下子公司武漢智能鳥具備無人機(jī)AOPA培訓(xùn)服務(wù)資質(zhì)。

4、售后力量雄厚：福建當(dāng)?shù)赜凶庸矩?fù)責(zé)售后，且上海華測總部及成都睿鉑公司都可以提供技術(shù)支持。

5、方案配套完整：包含無人機(jī)及相機(jī)的一年保險(xiǎn)費(fèi)用。其中相機(jī)光學(xué)部件zui多可以進(jìn)行一次鏡頭維修或更換，成像部件zui多可以進(jìn)行三次維修或更換，其他部件不限次數(shù)。

2.大疆M600pro工業(yè)級多旋翼無人機(jī)

3.傾斜相機(jī)技術(shù)參數(shù)

☆注：睿鉑公司的全系列傾斜云臺為外業(yè)機(jī)組配備了自主研發(fā)的“sky scanner”軟件；sky scanner是專門針對smart 3D建模的一款預(yù)處理軟件，擁有一鍵導(dǎo)入數(shù)據(jù)，自動生成smart 3D的工程索引等功能，zui大程度減少數(shù)據(jù)處理人工干預(yù)程度。

RIY-D2 五鏡頭傾斜相機(jī)特點(diǎn)：

1、 自帶 GPS 模塊，無需飛控觸發(fā)；同步曝光一致絕無漏片；

2、 能夠達(dá)到 1:500 精度所需要的采集的分辨率；

3、 配備專門針對 smart 3D 建模的一款預(yù)處理軟件 sky scanner，擁有一鍵導(dǎo)入數(shù)據(jù)，自動生成 smart 3D 的工程索引等功能，zui大程度減少數(shù)據(jù)處理人工干預(yù)程度；

4、同步曝光一致絕無漏片；

5、市面唯—具有俯仰穩(wěn)定器傾斜攝影相機(jī)。 

4.技術(shù)流程

參照相關(guān)的技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，完成測區(qū)范圍內(nèi)航空影像數(shù)據(jù)獲取工作，具體實(shí)施流程如圖所示，踏勘，主要為：前期踏勘收集測區(qū)的基本地理情況、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理三個步驟進(jìn)行。

無人機(jī)正射影像數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集流程圖

4.1  航拍前期準(zhǔn)備

前期了解航飛區(qū)域的基本因素影響，對于航飛起飛點(diǎn)、航線規(guī)劃、航飛架次、及航飛高度等的確定起關(guān)鍵性作用。

4.2  三維數(shù)據(jù)采集

參照《1：500、1：1000、1：2000地形圖航空攝影規(guī)范》（GB/T15661-2008）對測區(qū)航線進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，通常情況下航線應(yīng)按東西向或南北向直線飛行（圖4.3、4.4、4.5）；特定條件下亦可根據(jù)地形走向與專業(yè)測繪的需要，按南北向或沿線路、 河流、 海岸、境界等任意方向飛行，平行于攝區(qū)邊界線的首末航線一般敷設(shè)在攝區(qū)邊界線上或者邊界外，旁向覆蓋超出攝區(qū)邊界線，一般不少于像幅的30%，確保目標(biāo)攝區(qū)完全覆蓋，航高依據(jù)周邊建筑高度而定。后期如果照片存在質(zhì)量問題，將對各種原因獲取的不合格航片（航攝漏洞）要及時補(bǔ)飛，漏洞補(bǔ)攝按原設(shè)計(jì)航跡進(jìn)行。

4.2.1  航攝基本要求及技術(shù)指標(biāo)

    根據(jù)測圖需要提出的航攝要求，向主管部門申請，經(jīng)批準(zhǔn)后，制定航攝計(jì)劃。根據(jù)實(shí)地勘察測區(qū)的地形特征和本公司攝影平臺的特點(diǎn)，參照《1：500、1：1000、1：2000地形圖航空攝影規(guī)范》（GB/T15661-2008）對測區(qū)航線進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，基本要求及技術(shù)指標(biāo)如下：

（1）所獲取影像為真彩色數(shù)字影像。

（2）像片的重疊度，航向重疊度75%；旁向重疊度75%。

（3）影像質(zhì)量，獲取的測區(qū)像片應(yīng)影像清晰、反差適中，彩色色調(diào)柔和、鮮艷。

（4）漏洞補(bǔ)攝，對各種原因獲取的不合格航片（航攝漏洞）要及時補(bǔ)飛，漏洞補(bǔ)攝按原設(shè)計(jì)航跡進(jìn)行。

（5）后期人工處理：重/點(diǎn)處理飛地、飛樓等突出異常模型，后期路燈、籃球架等模型統(tǒng)一替換。

4.2.2  航高確定

數(shù)碼航空攝影的地面分辨率（GSD）取決于飛行高度，如圖所示：

航高與地面分辨率關(guān)系圖

式中：h—相對飛行高度；f—鏡頭焦距（90mm）；a—像元尺寸（6.1μm）；GSD—地面分辨率

4.2.3  航攝時間要求

航空影像的質(zhì)量對航攝飛行的時間有—定的要求，航攝時間受天氣條件的制約。具體要求如下：

（1）水平能見度≥1500m，垂直能見度≥1000m；

（2）多云、陰天為佳，晴天次之，雨天、暴雨天氣均不適合飛行作業(yè)；

（3）在風(fēng)速小于3級時進(jìn)行作業(yè)，風(fēng)速超過3級時，獲取的影像照片將會不利于建模；

（4）穩(wěn)定的氣流，每天的正午氣流相對穩(wěn)定，適合飛行；

（5）選擇航攝時間，既要保證具有充足的光照度，又要避免過大的陰影，一般對于攝區(qū)的太陽高度和陰影倍數(shù)要求如表所示

太陽高度角和陰影倍數(shù)

注：特殊情況根據(jù)測區(qū)地形和季節(jié)天氣條件，航飛時間具體設(shè)定。

4.2.4  航線設(shè)計(jì)

通常情況下航線應(yīng)按東西向或南北向直線飛行；特定條件下亦可根據(jù)地形走向與專業(yè)測繪的需要，按南北向或沿線路、 河流、 海岸、境界等任意方向飛行；平行于攝區(qū)邊界線的首末航線一般敷設(shè)在攝區(qū)邊界線上或者邊界外；旁向覆蓋超出攝區(qū)邊界線，一般不少于像幅的30%，確保目標(biāo)攝區(qū)完全覆蓋。

5. 軟件功能介紹

5.1三維建模軟件優(yōu)勢

5.2三維數(shù)據(jù)處理

無人機(jī)傾斜攝影后期是應(yīng)用Smart3D軟件對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模。傾斜攝影建模采用高精度、高效率、一體化的自動建模技術(shù)，建立測區(qū)三維模型，該技術(shù)集傾斜攝影、空中精密定位和基于密集匹配的自動建模技術(shù)于一體。

5.2.1影像預(yù)處理

傾斜攝影完成后，我們對獲取的測區(qū)影像進(jìn)行質(zhì)量檢查，確定影像沒有變形、扭曲等現(xiàn)象，影像質(zhì)量不符合要求的進(jìn)行修復(fù)，對影像進(jìn)行統(tǒng)一編號（圖4.6），并與pos信息對應(yīng)制作pos表（圖4.7）用于影像的加載。

圖4.6 影像統(tǒng)一編號

圖4.7 Pos表信息

5.2.2自動空三加密

在自動建模軟件上加載測區(qū)影像，人工給定—定數(shù)量的控制點(diǎn)，軟件采用光束法區(qū)域網(wǎng)整體平差，以一張像片組成的一束光線作為一個平差單元，以中心投影的共線方程作為平差單元的基礎(chǔ)方程，通過各光線束在空間的旋轉(zhuǎn)和平移，使模型之間的公共光線實(shí)現(xiàn)zui佳交會，將整體區(qū)域zui佳地加入到控制點(diǎn)坐標(biāo)系中，從而得到加密點(diǎn)成果，即從已知特征點(diǎn)推算出未知特征點(diǎn)，并自動抽取所有特征點(diǎn)，構(gòu)成整個目標(biāo)地區(qū)的特征點(diǎn)云（圖4.8）。

圖4.8空三結(jié)果

5.2.3影像密集匹配

軟件根據(jù)高精度的影像匹配算法，自動匹配出所有影像中的同名點(diǎn)，并從影像中抽取更多的特征點(diǎn)，從而更精確地表達(dá)地物的細(xì)節(jié)（圖4.9）。

圖4.9 點(diǎn)云示意圖

5.2.4紋理映射

由空三建立的影像之間的三角關(guān)系構(gòu)成TIN，再由TIN構(gòu)成白模（圖4.10），軟件從影像中計(jì)算對應(yīng)的紋理，并自動將紋理映射到對應(yīng)的白模上，zui終形成真實(shí)三維場景。

4.10白模模型

5.2.5 OSG表達(dá)

整個測區(qū)的模型一般分塊計(jì)算輸出，可根據(jù)需要設(shè)置輸出模型分塊的大小，模型分塊的大小不同，模型密集匹配計(jì)算所需的時間長短也不相同，一般情況下，分塊越大，需要的計(jì)算時間則越長，相同大小的模型塊，密集匹配計(jì)算時間長短也會有所差別，甚至差別較大，因?yàn)榈匚锏姆N類和數(shù)量的不同，導(dǎo)致點(diǎn)云的密集程度差別很大，相應(yīng)的計(jì)算時間長短則差別較大。一般情況下，點(diǎn)云越密集，計(jì)算時間則越長。3D Modeling factory快速建模技術(shù)，不僅模型生產(chǎn)效率高，而且模型精度也很高，可以精細(xì)的表達(dá)地物的真實(shí)細(xì)節(jié)（圖4.11）。在模型的基礎(chǔ)上，可以對正攝影像出圖（圖4.12）。

圖4.11三維模型

圖4.12正射圖

5.3成果

三維模型

三維模型不僅可以反映真實(shí)地表，同時可通過三維模型獲得如下內(nèi)容：

1）了解地形地貌

在三維模型的基礎(chǔ)上，可讀取每個點(diǎn)位的經(jīng)緯度及高程信息，同時可進(jìn)行簡單測量計(jì)算，不僅可查明測區(qū)的地形地貌，對施工方案規(guī)劃起到很大的作用。

2）查明地質(zhì)構(gòu)造

施工區(qū)會有斷層、裂縫等的發(fā)育，存在安全隱患，部分可見，對于延伸較遠(yuǎn)的構(gòu)造可在模型中較完整的呈現(xiàn)。

3）變化對比

確定固定周期對測區(qū)進(jìn)行三維建模，幾個周期的模型進(jìn)行對比，查看測區(qū)變化，對于工程可考察施工進(jìn)度和效率。

4）計(jì)算土方量，預(yù)計(jì)工程規(guī)模

利用無人機(jī)傾斜攝影的建模，模型中可以量測開挖地點(diǎn)的距離、寬度及厚度，可以估算土方量的大小，預(yù)算工程的規(guī)模和難度。

利用SMART3D測量工具可對三維模型進(jìn)行體積測量，體積測量精度誤差值在5％-10％之間，可滿足常規(guī)測量需求。