大疆消费级无人机快速倾斜摄影测量实践（基于P４PRO CC EPS）

  引言：各自用 RTK二种精确测量方式测量像控点，用大疆消費级无人机 Phantom４PRO 进行倾斜摄影测量，最终开展成效检测。得出结论：RTK 广播电台方式（不做座标效正，精度低）、RTK－CORS 网络模式测量像控点都能创建倾斜三维成效；像控点相对性座标差较小，但评测座标差、cad图座标差很大。RTK－CORS精确测量像控点的航测成效平面图精度为０．０３６ｍ，标高精度为０．１３５ｍ；４种显著等高线实测距离误差都会２cm 内。低精度像控点能輔助迅速创建倾斜摄影测量三维成效；如要关心精准座标，选用 RTK－CORS网络模式测量像 控点輔助大疆 Phantom４PRO 无人机小范畴迅速倾斜摄影测量是行得通的。

  关键字：无人机；倾斜摄影测量；实践活动

  前言

  无人机倾斜摄影测量以无人机为航行服务平台，配用一个或好几个倾斜拍摄系统软件（数码照相机）获得多方位、多重合度的路面多视影象，根据后期制作，创建土层三维模型与有关大数字商品。对比于竖直摄影测量，倾斜摄影测量具有优点。 近些年，因为无人机技术性与数码科技成 像 技 术 的 成 熟、根据电子计算机的图象髙速配对与运算的保持、各制造行业对新６Ｄ测绘工程商品（３ＤＭ、ＤＳＭ、ＴＤＯＭ、ＤＯＢ、ＤＥＭ、ＤＬＧ）的要求等要素促使倾斜摄影测量迅速发展趋势。许多人机配用多摄像镜头倾斜照相机（如徕卡ＲＣＤ－３０５摄像镜头）或无人机配用超轻型多摄像镜头倾斜照相机，航测实际效果不错。如徐思奇应用的双镜头倾斜照相机 航 测 试 验 达 来到１∶５００ 地形图绘图精度。技术专业无人机倾斜摄影测量一般配用５摄像镜头移动式或双镜头晃动式倾斜摄影测量系统软件，配用RTK 还可保持路面免像控点精确测量，但价格比较贵。无人机倾斜摄影测量科学研究集中化在倾斜照相机实验、三维建模、地形图测绘与精度剖析、应用领域等行业。中小型消費级无人机根据单摄像镜头特殊航道获得的倾斜影象一样能被主流产品的三维建模手机软件ContextCapture、Pix4DMapper等分辨，三维建模进行后，也可以应用EPS、ＤＰ－Ｍｏｄｅｌｅｒ等手机软件开展中后期精细化管理模型及矢量素材获取。中小型消費级无人机航测科学研究中，以大疆无人机进行竖直摄影测量的科学研究较多。 如张纯斌等基 于 大疆小精灵３PRO 开展了５０ ｍ－１００ｍ间６种航高的垂 直摄影测量实践活动，精度做到公分级。倾斜摄影测量实践活动，如孔振等［１４］根据大疆Phantom２（配用ＤＪＩ２＋摄像镜头）、Phantom３（配用 ＤＪＩ３）倾斜精确测量数据信息开展近郊区空三精度、ＤＥＭ、ＤＯＭ 精度点评，結果好于１∶５００航测精度，该科学研究航测路线为根据测区的自定航道，大范畴推广效果尚需进一步认证。

  大疆 Phantom 系列产品无人机倾斜摄影测量经济发展可用、对起降场所规定低、操纵灵便，可是驱动力比较有限、沒有配用高精度 RTK、不具有大范畴测图的工作能力。市区工程建筑高、等高线多种多样，倾斜摄影测量难度系数大；找寻地面基准点、RTK 搭建广播电台、座标收集效正、反复航道以及产生的很多数据信息、无人机驱动力等要素减少了航测高效率。 挑选适合的飞控手机软件、适合航道、RTK 获得相控点等都事关倾斜摄影测量的精度与高效率。

  本科学研究根据大疆Phantom４PRO 无人机（飞控手机软件为Pix4DCapture）在楚雄市市区某高等院校进行倾斜摄影测量，应用南方测绘星空１RTK 二种精确测量方式（高精密方式与粗略地方式）获得像控点三维坐标，根据 ContextCapture进行三维建模，根据EPS开展后期制作。依据 RTK 精确测量的控制点与路面显著等高线钢尺量距数据信息检测成效精度，以求探寻简洁明了、高效率、迅速的消費级无人机小地区倾斜摄影测量方式 ，为制造行业应用服务项目.

  1、倾斜摄影测量的全过程、科学研究区与科学研究步骤

  大疆无人机进 行倾斜摄影测量的关键全过程为：

  ①在测区布置像控点，测量像控点三维坐标；

  ②根据飞控手机软件控制，无人机依照飞控软件开发航道航行，获得倾斜多视影象。

  ③ 将多视影象开展匀光、效正等预备处理后，开展多视影象节点全自动配对，配对粗差查验、搭建自由网。

  ④ 依据路面像控点、ＰＯＳ数据信息，平 台校检主要参数等开展区域网平差，解算多视影象外方向原素和数据加密点路面座标，产生密度高的点云数据。

  ⑤ 历经三角网搭建和纹路投射，转化成大数字表层实体模型，并在这个基础上开展三维建模、正射改正、矢量素材获取、等高线细致模型等产生新测绘工程６Ｄ 商品。

  科学研究区为云南楚雄市内某高等院校新教学区，地形较平整，关键工程建筑都为６层，校园内包含教学大楼、学生公寓、饭堂、学员大会堂、运动场地、路面、园林绿化等，占地面积约为22hm²。

  漆料喷漆路面基准点后，应用 RTK 获得 ２种精确测量方式的２组像控点，应用无人机根据倾斜拍摄获得测区多视影象，根据 ContextCapture进行空三精确测量与三维建模，随后将模型結果导进EPS，开展后期制作；最终比照２种RTK精确测量方式获得的 基准点对模型結果导致的差别；通 过RTK 评测控制点、钢尺评测数据信息检测倾斜摄影测量测图精度。

  图１关键技术

  2、倾斜摄影测量执行

  ２．１ 外业精确测量

  综合性充分考虑目前标准与社会经验，本科学研究选用的硬件软件目录见表１。

  飞控手机软件挑选 Pix4DCapture，设计方案航高为６０ｍ，航道选用双网格图每日任务方式（ＤｏｕｂｌｅＧｒｉｄＭｉｓｓｉｏｎ），前进方向、旁向重合均为８０％，倾斜角７０°。

图２ 是本科学研究的航道设计方案平面图

  应用大疆 Phantom４PRO 无人机根据四个架次航行获得科学研究区照片共2282张，信息量为18.2G。

  RTK 基准点／控制点精确测量。表２是本科学研究选用的 RTK 精确测量方式。 楚雄州 CORS 站于 ２０１４年１０月根据工程验收，考虑 ＧＢ／Ｔ２８５８８－２０１２、ＣＨ／Ｔ２００８－２００５、ＧＢ／Ｔ１８３１４－２００９、ＧＢ／Ｔ２４３５６－２００９标准规范。试点区距近期的楚雄市西峰顶 CORS站直线距离１．５ｋｍ，CORS 信 号 稳 定，RTK－CORS网络模式施测時间挑选在下午３点－６点间。应用方式１和方式２各自测量像控点各４个。应用 RTK精确测量方式２测量控制点２５个。应用钢尺量距，精确测量典型性等高线长短数据信息４０个。

  ２．２ 内业解决

  应用ACESEE查看图片，找寻并纪录路面喷漆点所属像片序号；应用 ContextCapture导进多视影象后，逐一明确４个基准点在邻近像对图片上的部位以及相匹配的 RTK 实 测 像 控 点 坐 标，进行空三精确测量；设定輸出座标主要参数，开展分层设定，輸出倾斜实体模型成效为 ＯＳＧＢ 文件格式（RTK 精确测量方式一、方式二各自得倾斜实体模型成效 ），輸出ＤＯＭ 为 ＴＩＦ 文件格式。应用 ArcGIS将全部DOM文档拼凑为大图图片。将倾斜实体模型成效和 ＤＯＭ 导到 EPS，开展等高线矢量素材获取、工程建筑白模转化成、标高数据信息获取。最终开展倾斜模 型 的 产 品 对 比 和 精度认证。

  3、結果与剖析

  ３．１ 数据处理方法結果

  图３是 研 究 区 倾斜摄影测量 成 果 局 部 图。在其中，图３（ａ）是科学研究区点云数据部分图，图３（ｂ）是科学研究区真三维模型部分图，图３（ｃ）是科学研究区大数字表层实体模型部分图，图３（ｄ）是科学研究区正射影像部分图。

  图４是EPS手机软件下根据 ＤＯＭ（左）和倾斜实体模型（右）的房顶获取与白模转化成（应用五点房绘图法）

图３倾斜摄影测量成效（部分）

图４ EPS手机软件下根据 DOM（左）和倾斜实体模型（右）的房顶获取与白模转化成

  ３．２ 分辩率

  分辩率 Ｒ 计算方法为：Ｒ＝Ｈ＊Ｐ／ｆ （１）在其中，Ｈ 意味着航高，本科学研究设置为６０ｍ；Ｐ为企业像素大小，大疆Phantom４PRO 带上的照相机为DJI6310，１英尺相底，单独清晰度总面积为２．４μｍ＊２．４μｍ，故 Ｐ为２．４μｍ；ｆ为相机焦距，倾斜显像时，照相机ｆ为８．８ｍｍ。则可测算获得分辩率Ｒ 为１．６４cm。

  ３．３ 不同精度像控点辅助空三测量精度对比

  在野外测量中，无大地控制点导致 RTK 测量精度降低。分别采用模式１（电台模式，不使用控制点进行坐标校正的低精度、快速模式）和模式２（RTK－CORS网络高精度模式）获取像控点三维坐标。分别完成三维建模后，进行像控点的实测坐标和图面坐标的比较。用均方根误差 ＲＭＳＥ与平均值来进行精度验证，其中，ＲＭＳＥ计算公式为：

  公式中，Ｘｉ、Ｙｉ代表同一位置的实测／图面坐标。通过模式１、模式２测定像控点，都能通过空三测量和三维建模。两种模式的三维建模成果图面颜色、纹理、对比度 无显著差异。 表３是模式１、２像控点的相对坐标差对比。模式１像控点实测坐标与图面坐标平面位置差均值（ΔＤ珚）、高差均值（ΔＨ珡）分别为０．０２６ｍ、－０．００７ｍ；ＲＭＳＥ 分别为０．０２７和０．０２９；模式２实测坐标与图面坐标差ΔＤ珚、ΔＨ珡 分别为０．０１６ｍ、－０．０１０ｍ；ＲＭＳＥ分别为０．０２０和０．０２４。表４是模式１、２像控点的绝对坐标差对比。模式１、２像控点绝对坐标差异较大，像控点图面平面位置差均值（ΔＤ珚）、高差均值（ΔＨ珡）分别为２．４１６ｍ、０．６０５ｍ；像控点实测的 ΔＤ珚、ΔＨ珡 分别为２．４１５ｍ、０．６０８ｍ。通过对比可发现：采用模式１、模式２测定像控点都能够建立倾斜三维成果，且模式１、２像控点的相对坐标差比较小，但是图面的绝对坐标差别较大。这是由于模式１不使用大地控制点进行坐标校正而直接进行测量造成的。若只注重局部三维效果，可直接使用模式１快速测定像控点；若在建立三维成果的基础上，还需关注精确坐标，则必须精确测定像控点。

  ３．４ 三维成果精度分析

  使用 RTK－CORS网络模式（模式２）在“固定解”状态，按照表２的方法，测得检查点２５个。从三维成果图面采集三维坐标，分别与实测检查点对照，计算 ＲＭＳＥ，并与ＣＨ／Ｔ９００８．１－２０１０标准对照。表５为研究区检查点误差对比。

  本研究的平面精度达到０．０３６ｍ，高程精度达到０．１３５ｍ，尤其是平面精度较高，总体精度优于１∶５００航测精度要求。选择４种明显地物，使用钢尺测定实际距离，在 ＤＯＭ 上对应４种地物每种测定１０个样本距离，计算图面平均值后与实际距离比较。表６是研究区４种典型地物尺寸对比。实测距离与图面距离偏差都在２cm 之内。说明 RTK－CORS网络辅助进行像控点测量是切实可行的。

  4、结论与展望

  使用 RTK 两种测量模式获取像控点；采用飞控 软 件 Pix4DCapture，使用大疆 Phantom４PRO 无人机进行倾斜摄影测量实验；进行了不同精度像控点辅助空三测量产品对比和精度验证。研究获取了空间分辨率为１．６４cm 的影像。采用模式１（RTK 电台模式，不进行坐标校正，精度低）、模式２（RTK－CORS 网络测量模式）测定像控点都能够建立倾斜三维成果，模式１、２像控点的相对坐标差比较小。但模式１、２ 像控点绝对坐 标 差 较 大，像 控 点 图 面 平 面 坐 标 差 均 值（ΔＤ珡）、高差均值（ΔＨ珨）分别为２．４１６ｍ、０．６０５ｍ；像控点实测的 ΔＤ珚、ΔＨ珡 分别为２．４１５ｍ、０．６０８ｍ。

  这是由于模式１ 不使用大地控制点进行坐标校正而直接进行测量造成的。 若 只 注 重 局 部 三 维效果，可直接使用模式１ 快速测定像控点；若在建立三维成果的基础上，还需关注精确坐标，则必须精确测定像控点。本研 究 的 平 面 精 度 达 到０．０３６ｍ，高程精度达到０．１３５ｍ，尤其是平面精度较高，总体精度优于1：500航测精度要求。选择４种明显地物（校内车位线、水泥路伸缩缝、地砖组合图案、井盖），实测距离与图面距离偏差都在２cm 之内。说明采用 Pix4DCapture双网格任务模式设计航线，采用 RTK－CORS 网络模式进行快速像控点测量是切实可行的。本研 究 使 用 RTK 电 台 模 式 （不 做 坐 标 校正）、RTK－CORS 网络模 式 测 定 像 控 点，进 行 了倾斜摄影测量与精度验证，取得了成功。此次实验中，相机７０°倾角导致６ 层及 以 上 建 筑 窗 子 有少部分“拉花”现象；因电池续航原因，整个测区４个架次航测时间过长，导致三维建模产生建筑阴影。另 外，RTK－CORS 网 络 测 量 本 身 受 制 于CORS信号，像控点 必 须 选 择 在 开 阔 地 面。２０１８年８月，价格更贵的行业级精灵 ４RTK 无人机（４Ｇ 网络版）上市，其产品精度值得继续研究。