基于无人机摄影测量的校园分区三维建模及拼接技术研究

基于无人机摄影测量的校园分区三维建模及拼接技术研究

谢光雄 骆元家 肖文斌

柳州工学院 广西 柳州 545000

摘 要：无人机摄影测量技术作为一种新兴的测绘技术，因其具有机动灵活、作业时间短、效率高、成本相对较低、可获取高分辨率影像等优点，正逐步被广泛应用于测绘行业。本文以柳州工学院校园分区进行摄影测量数据采集，分区三维建模，在得到分区三维模型的基础上，再对拼接的技术进行研究。

关键词：无人机 摄影测量 分区建模 拼接

1 背景

随着信息化管理发展要求，测绘行业迎来了蓬勃发展的时期，测绘技术不断更新、完善，无人机摄影测量因其所具有高效率、低成本等优点，备受用户青睐，已逐步广泛应用于测绘行业。高校作为人才培养的摇篮，更应与时俱进，加强在新技术领域的教学和研究，紧跟前沿技术。本研究，以柳州工学院南校区作为研究范围，以2021年本校测绘专业第一次进行无人机摄影测量的学生毕业设计为基础，对无人机摄影测量、建立三维模型及拼接相关技术进行研究，为无人机摄影测量教学研究探索积累了宝贵的经验。

2 航测外业

本次航测任务外业主要采用中海达iFly-D6多旋翼无人机作为工作航摄飞行器，倾斜相机采用iCam Q5 mini五镜头相机获取航侧数据，像控点坐标通过RTK测量获取。

2.1前期准备工作

主要包括有关资料收集、测区踏勘及像控点布设、设备充电及检查等工作。其中像控点布设一般要遵循以下原则：每平方公里布设5-10个像控点，每个测区最少布设5个点，周边区域和中心区域都要有点，地势起伏较大时，测区低处必须有点，高处尽量有点。

2.2航线规划及飞行

设置航测范围，规划航线航向、速度等参数，设置的几个重点参数：航高、协调转弯半径、重叠度。航高H=f*GSD/a，根据公式计算理想航高，实际飞行时还需结合现场实际地形地物情况来确定，本次任务一般设置为100米；协调转弯半径=航线间隔/2 -1；重叠度要综合考虑精度和工作量相协调，一般航向重叠度设置为65%-80%，旁向重叠度设置为60%-80%，本次重叠度均采用80%。飞行过程中，时刻关注飞行状态和飞行位置，关注电压情况，特殊情况时紧急返航。

3 航测内业

3.1 数据导出及预处理

需要导出的数据主要是影像数据和POS数据，导出后检查影像质量、数据的匹配性，如出现不匹配情况，找出其数据并纠正，再对数据进行重命名，使之一一对应，最后处理完善CSV文件。

3.2 第一遍空三解算

目前可用于摄影测量空三解算和三维建模的主要软件有ContextCapture Center、PhotoScan、Pix4D等，其中ContextCapture Center具有强大的空三计算功能、后处理工作量少、输出格式多等优点，应该本次任务主要采用该软件。

使用ContextCapture Center软件创建工程后，进行第一遍空三解算。导入影像数据、设置降低采样率、设置相机参数，导入对应csv文件格式的pos数据、设置参数，导入像控点数据选择其坐标系，提交空三计算任务，打开引擎等待第一遍空三解算完成。检查空三结果和质量报告，主要查看航线有没有交叉，有没有出现分层等情况。

3.3刺点

导入像控点，进行刺点，刺点工作是一步比较费时的细致工作，直接影响到后期建模和成图的精度，需要认真耐心细致的去进行这步工作。刺点需遵循以下原则：一般每个像控点最少刺5张照片，选择点位居中照片，同一像控点兼顾相邻航线上照片，靠近照片边缘的点一般不予采用。

3.4 第二遍空三及三维建模

进行第二遍空三，与第一遍不同，这次采样率为100%。完成后查看第二遍空三质量合格后，准备生成三维模型，格式选择OSGB格式，提交生产项目，按提示设置相关参数，需要注意的是该过程中切瓦片占用内存在电脑内存大小的70%以内。模型生产如果耗用时间过长，可使用集群设置操作。

图1 校园某分区三维模型图

3.5三维模型拼接

分区航测三位模型建好后，可进行模型的拼接。首先确保两个保存模型的文件夹在英文路径下；用记事本格式查看两个文件metadata.xml信息，确定是在一个坐标系统下（顺利拼接前提）。

用CC_S3CComposer.exe软件 打开第一个模型Production1.s3c查看其信息。

点击“工具”--“编辑命令行”，新建一个文本文件，将其中的“编辑命令行”里面信息复制到该文本文件。

关闭CC_S3CComposer.exe再重新打开，打开第2个模型信息，复制其“编辑命令行”里面的信息到文本文件里。并进行编辑。

把两个Data文件放在一起，并重命名为Data1、Data2，整理复制文本文件信息（注意改名为Data1、Data2）到“编辑命令行”里面进行模型合并，OK后保存，就会生出一个拼接后的模型。

4 结束语

现阶段是个科技大发展的时代，技术更新速度快，只有不断掌握运用前沿技术才能有更好的发展，同时这些技术本身仍存在一些不足之处，这就需要我们不断的探索完善，不断推动技术进步。本文以柳州工学院南校区内先分区进行摄影测量和建模，再在此基础上进行模型的拼接，通过实践操作解决可能遇到的各种问题，为教学研究积累经验，以后还可为校园宣传等向大家展示真实立体感强、高清、数字化的三维模型，为信息化数字智慧校园建设献力。

参考文献：

[1]邹娟茹,孙兴华.基于无人机倾斜摄影测量技术的三维校园建模［J］.科技与创新.2020,20:61-62.

[2]邱冬冬.无人机倾斜摄影校园实景三维建模技术研究及实践［J］.数字技术与应用.2020,5:91-92.

[3]李德仁,李明．无人机遥感系统的研究进展与应用前景［J］．武汉大学学报(信息科学版).2014,39(5):505-513.

[4]王佩军,徐亚明编著.摄影测量学［M］.第三版.武汉大学出版社，2020.

[5]胡泊,卢伟.无人机倾斜摄影在校园三维建模中的应用［J］.开封大学学.2018,2:92-96.

[6]江明明．基于倾斜摄影测量技术的三维数字城市建模［J］．测绘与空间地理信息.2017,40(3):189-190.