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倾斜摄影的成功故事

倾斜摄影成功案例

——利用3D模型对高层地区进行地籍调查

1. 概述

经过几年的发展,目前在我国,斜向摄影已广泛应用于农村地籍调查项目。但是,由于设备技术条件的限制,斜摄影对于大水滴场景地籍测量还很薄弱,主要是斜摄镜头的焦距和画面格式不达标。经过多年的项目经验,我们发现地图精度应该在5厘米以内,那么GSD必须在2厘米以内,并且3D模型必须非常好,建筑物的边缘必须笔直清晰。

 

一般用于农村地籍测量项目的相机焦距为垂直25mm、斜35mm。为了达到 1:500 的精度,GSD 必须在 2 cm 以内。并且为了保证,无人机的飞行高度一般在70m-100m之间。根据这个飞行高度,没有办法完成100m以上建筑物的数据采集。即使你无论如何进行飞行,也不能保证屋顶的重叠,导致模型质量差.而且由于战斗高度太低,对无人机来说是极其危险的。

为了解决这个问题,2019年5月,我们进行了城市高层建筑倾斜摄影精度验证测试。本次测试的目的是验证RIY-DG4pros倾斜相机构建的3D模型最终的映射精度是否能够满足5 cm RMSE的要求。

2. 测试过程

设备

在本次测试中,我们选择了DJI M600PRO,搭载了Rainpoo RIY-DG4pros斜置五镜头相机。

测区及控制点规划

针对以上问题,为了增加难度,我们特地选取了两个平均建筑高度为100米的小区进行测试。

控制点根据GOOGLE地图预设,周围环境尽量开阔、无障碍。点之间的距离在150-200M范围内。

控制点为80*80的正方形,按照对角线分为红色和黄色,以保证在反光过强或照度不足的情况下也能清晰识别点中心,提高精度。

无人机航线规划

为保证作业安全,我们预留了60米的安全高度,无人机飞行高度为160米。为了保证屋顶的重叠,我们还增加了重叠率。纵向重叠率为85%,横向重叠率为80%,无人机以9.8m/s的速度飞行。

空中三角测量 (AT) 报告

使用“Sky-Scanner”(由Rainpoo开发)软件下载原始照片并进行预处理,然后将它们一键导入ContextCapture 3D建模软件。

  • 15H。

    在时间:15 小时。

     

  • 23H。

    3D建模

    时间:23h。

镜头畸变报告

从畸变网格图可以看出,RIY-DG4pros的镜头畸变极小,圆周与标准正方形几乎完全重合;

重投影误差RMS

得益于Rainpoo的光学技术,我们可以将RMS值控制在0.55以内,这是影响3D模型精度的重要参数。

五镜头同步

可以看出,中心垂直镜片主点与斜镜片主点的距离为:1.63cm、4.02cm、4.68cm、7.99cm,减去实际位置差,误差值为:- 4.37cm、-1.98cm、-1.32cm、1.99cm,最大位置差4.37cm,相机同步可控制在5ms以内;

查明错误

预测和实际控制点的 RMS 范围从 0.12 到 0.47 个像素。

3. 3D建模

模型展示
详情展示

我们可以看到,因为RIY-DG4pros使用的是长焦镜头,所以3d模型底部的房子非常清晰。相机的最小曝光时间间隔可以达到0.6s,因此即使纵向重叠率提高到85%,也不会出现漏光现象。
高层建筑的脚印非常清晰,基本笔直,这也保证了我们以后可以在模型上得到更准确的脚印。

4. 准确性检查

  • 我们使用全站仪收集检查点的位置数据,然后将 DAT 文件导入 CAD。然后直接比较模型上的点位置数据,看看它们的区别。
  • 我们使用全站仪收集检查点的位置数据,然后将 DAT 文件导入 CAD。然后直接比较模型上的点位置数据,看看它们的区别。

5. 结论

本次测试的难点在于场景的高低落差,房屋的高密度和复杂的楼层。这些因素会导致飞行难度增加,风险增加,3D模型变差,导致地籍测量精度下降。

由于RIY-DG4pros的焦距比普通斜角相机长,保证了我们的无人机可以在足够安全的高度飞行,并且地面物体的图像分辨率在2厘米以内。同时,全画幅镜头可以帮助我们在高密度建筑区域飞行时捕捉到更多角度的房屋,从而提高3D模型的质量。在保证所有硬件设备的前提下,我们还提高了飞行的重叠度和控制点的分布密度,以保证3D模型的准确性。

地籍测量的高层区域倾斜摄影,曾经因为设备的限制和经验的缺乏,只能通过传统的方法进行测量。但是高层建筑对RTK信号的影响也造成了测量的困难和精度差。如果能用无人机采集数据,就可以完全消除卫星信号的影响,整体测量精度可以大大提高。所以这次测试的成功对我们来说意义重大。

本次测试证明RIY-DG4pros确实可以将RMS控制在很小的范围内,具有良好的3D建模精度,可用于高层建筑的精确测量项目。