董 啸 钟永康 蒙 婕

(桂林电子科技大学建筑与交通工程学院,广西 桂林541004)

科技的迅速发展使得无人机航测技术日益成熟,测绘行业将会发生重大改变。无人机摄影测量技术作为航摄影像获取的主要途径之一,具有高重叠度、大比例尺、低成本和高质量等优点,为正射影像的制作提供了必要的条件。无人机摄影测量成果可以通过专业软件自动生成数字地表模型和数字正射影像,可以将土木工程与现代数字化技术融合,低成本、高效率、高精度建立大面积正射影像图并转化为轻量化区域地理信息图。

1 测区概况

测区位于广西壮族自治区桂林市灵川县桂林电子科技大学花江校区,地处东经110°251′20″,北纬25°19′03″,东临黄沙河,南至灵朝公路,西、北两侧依山而建,呈东南低,西北高的地势,地形起伏较小,摄区面积约为2km2。

测区属中亚热带季风气候,气候温和、雨量充沛,全年风向以偏北风为主,平均持续风速范围为2.2～2.7 米/秒。年平均日照时数为1670 小时,平均气压为994·9 百帕。

2 飞行参数

使用大疆精灵4 Pro 无人机搭载FC6310 相机进行本次航测任务,获取桂林电子科技大学航空摄影测量影像。按照中华人民共和国现行的国家规范要求,将航向重叠率设置为60%,旁向重叠率设置为40%。

通过相机自检校获取该航测相机参数如表1。

表1

根据《低空数字航空摄影规范》,相对航高的计算公式如下:

式中：H——相对航高；f——摄像镜头焦距；GSD——影像地面分辨率；a——像元尺寸。

因此,若将地面分辨率设置为1cm/PPI,则相对航高为：

获取无人机飞行参数后,进行测区内航线规划,起飞前准备等工作。由于桂林市春季降雨量丰富,空气湿度大。若在雨天雾天等潮湿环境下飞行,水汽极有可能慎入内部腐蚀电子元器件,造成无人机损坏,因此,应尽量选择晴天干燥,能见度大于800m 的天气下进行航测工作,且在飞行结束后对无人机进行干燥处理。为利于飞机和遥控器进行通信,选择的起飞地点应空旷而且没有障碍物,同时应注意躲避电线等细小的障碍物,以免安全事故发生。

3 Pix4D 数据处理

Pix4D 作为一款基于无人机影像数据处理的专业软件,可以完全自动化的处理数据,生成数字正射影像、数字地表模型、DTM及三维点云数据等成果,得到更高精度的结果,使无人机真正成为时代最新的专业测量工具。同时它还有自动空三,计算原始影像外方位元素,并且自动校准影像等功能。软件自动生成精度报告,可以评估结果的质量,此功能不仅即时而且准确。提供的定量化的自动空三、区域网平差、地面控制点的精度等也十分详细。

Pix4D 数据处理流程如下：

3.1 新建项目,影像导入。若航测时已设置为影像写入POS信息,可直接将无人机摄影测量影像导入Pix4D 中,软件可直接读取；若影像未写入POS 信息,则需要将POS 信息整理后与影像一同导入Pix4D。

3.2 设置相关坐标系参数,导入控制点坐标。将野外实测控制点坐标在已导入的影像上进行刺点,以保证成图精度。

3.3 设置处理选项。对点云加密参数、地面分辨率等按需要进行最优设置,在保证成果精度的情况下尽可能地缩短影像处理时间。

3.4 数据处理。上述流程完成后,软件进行将空三计算、平差计算与正射校正等处理,输出数字地表模型、数字正射影像等成果。(图1)

图1 Pix4D 制作正射图流程图

当影像处理完成后,对质量检测报告中的控制点误差统计进行分析得出,各控制点和pix4D 计算点误差均满足《数字航空摄影测量空中三角测量规范》的误差要求,生成的数字地表模型、所得数字正射影像成果如图2-3 所示。

图2 桂林电子科技大学正射图(局部)

4 Pix4D 制作正射影像图的优势与不足

Pix4D 不仅操作界面非常直观,而且具有完全自动化的图像处理过程。其优势展现为以下几点：

4.1 专业操作要求不高,用户可根据使用手册自行学习使用；

4.2 数据处理快,节约时间；

4.3 处理得到的DOM、DSM精度高；

4.4 相机参数获取自动化,无需人工导入；

4.5 自动生成GOOGLE 瓦片和纹理三维模型。

图3 桂林电子科技大学数字地表模型(局部)

但是需要注意的是,该技术方法属于土木工程与现代数字化技术创新融合,在专业交叉领域存在少许分歧,需要专业各方进一步交流。在Pix4D 制作正射影像的过程中,其中间结果无法大幅度人为干预调整,存在不可控因素。

总体而言,与传统人工持仪器测量相比,该方法精度高、速度快,实现人力物力成本最小化。此技术成果可广泛运用于网络及手机客户端,旨在为数字化校园建设、室内导航、数字小区、数字城市、GIS 精准定位、海绵城市、大范围土地利用等提供科技支撑。

5 结论

本文通过对桂林电子科技大学进行无人机摄影测量,运用Pix 4D 对所得影像数据进行处理,生成了数字模型和正射影像图。通过对运用Pix4D 生成的正射影像图的精度进行检查,发现其精度满足大比例尺地形测绘的应用,进一步验证了Pix4D 在正射影像图制作中的可行性。随着Pix4D 在无人机航测的应用逐渐广泛,会探索出解决目前存在的缺陷或将缺陷弱化的方法,研究出精度、准确性更高的正射影像图制作方法。