基于無人機航測的壩上如意河流域正射影像獲取及全景三維建模

曹文民 林亞衛

(河北省水文工程地質勘查院 石家莊 050021)

隨著測繪技術的發展，無人機航測以其快速、便捷、經濟的特點在測繪行業中得到快速應用。采用無人機航測技術，能夠快速獲取待測區域高分辨率正射影像。全景三維建模技術可以直觀、立體、全方位地展示地形、地貌等特征，相對于傳統三維建模，具有成本低、建模效率高等優點。

以無人機航測技術，采集承德壩上如意河流域的影像數據，使用INPHO數字攝影測量工作站進行空三加密平差解算，利用加密成果進行模型編輯，在數字攝影測量工作站上生成、編輯測區數字高程模型DEM，利用生成的DEM對航片進行正射糾正，制作測區的真彩色數字正射影像DOM。利用收集的資料，設置全景點位，采用大疆御MAVIC2無人機進行全景采集，并進行處理，制作三維全景圖，為后期該地區資源環境承載力綜合地質調查與評價工作提供了基礎數據。

1 測區概況

如意河區域位于圍場滿族蒙古族自治縣西北方向的國營御道口牧場境內，介于東經117°05′～117°22′，北緯42°12′～42°18′范圍內(圖1)。該區域地處內蒙古高原和冀北山地的過渡帶，為陰山山脈、大興安嶺山脈的尾部與燕山山脈的結合部，地勢西北高東南低。地處壩下、接壩、壩上三大地形區，主要位于壩上草原地區，平均海拔1500 m。

圖1 測區范圍

2 作業流程

本次工作主要包括：野外踏勘、像控點及全景點布設、數據采集、正射影像生產、全景影像制作、全景模型展示等(圖2)。

圖2 作業流程圖

2.1 像控點及全景點布設

本次像控點全部采用平高布點，1∶1000成圖，區域平高點航向間隔10條基線，旁向間隔1條航線，平高點采用“品”字形排列。像控點布點時要求測區周邊及轉折處須布設平高點，中間散列布設檢查點，檢查點按平高點同等精度觀測，檢查點的位置不做要求，以測區內地物明顯處，方便觀測為原則，共布設像控點148個。利用收集的影像布設全景點，測區南北長約19 km，東西長29 km，按照布滿整個測區為原則，每2 km布設一個全景點，共布設300個全景點。

2.2 航線設計

本系統的航帶設計采用德國進口軟件自動布設航線，在軟件中輸入測區四角坐標(WGS84)，根據成圖比例尺，軟件自動根據國家規范要求布設出合理的航線。

根據技術指標及要求的規定、整個攝區的地形特點、航攝儀的飛行要求、成圖分幅的要求等，將整個測區劃分為1個分區。航線敷設方向為東西方向飛行；航帶旁向重疊為80%，航向重疊為70%，相對航高為620 m。

根據項目要求，并結合使用迪奧普SV360無人機、索尼相機自身性能指標，制定各飛行參數。

2.3 數據獲取

根據航線設計，無人機作業過程中，無人機觀察員必須時刻注意飛機電壓變化、高度變化、衛星顆數、pDOP值變化情況(平原地區1.0，山區為0.7～0.8)。飛控手時刻觀察飛機狀況，注意無人機航線方向是否有電線等障礙物，根據觀察員及飛機狀況時刻準備人為控制飛機，避免墜機等事故發生。

360°全景拍照通過云臺控制器(GCU)的AUX1通道控制，撥動一次AUX1開關，云臺即啟動全景拍照功能；再次撥動則關閉該功能。全景拍照程序總共拍攝37張照片，總拍攝時間約為100 s。在全景拍照程序完成前，云臺不受遙控器搖桿控制。若想終止全景拍照程序，撥動一次AUX1開關即可，云臺將恢復MODE通道所設置的控制模式。

2.4 正射影像生產

利用DEM、航攝影像及對應的空三加密計算的外方位元素，在全數字攝影測量系統INPHO中可以進行DOM 的微分正射糾正生產。作業流程：數據準備→微分糾正→勻色(色調調整)→鑲嵌→裁切→修飾。

2.5 全景三維建模及可視化

采用krpano軟件進行批量全景照片合成，檢查拼縫整齊度優于3.6(綠標)后進行批量生成。如遇拼接失敗案例則采用 ptgui pro 軟件進行逐一拼接，并人工調整控制點，拼接畫面。拼接完成后，采用photoshop軟件進行曝光色彩平衡的調整。將拼接好的全景圖片坐標點，批量導入GIS軟件進行點位檢查，查看有無重疊，漏點等情況。

以KRPANO插件和如意河正射影像圖為基礎，以B/S架構服務和GEOSERVER地圖服務為服務平臺，采用HTML、JAVASCRIPT、XML語言，實現了承德壩上高原如意河流域正射和全景三維建?？梢暬脚_。該平臺實現了正射影像圖與全景點點位疊加渲染，并與302張三維全景圖相關聯，在瀏覽器上展示，提高了三維全景圖直觀性、可操作性，表現內容更加豐富細膩。

3 成果展示

(1)正射影像成果如圖3所示。

圖3 正射影像成果

(2)全景可視化成果如圖4所示。

4 結語

此次工作采用無人機航測技術，完成了對承德壩上高原如意河流域面積約200 km2的航測任務，提交了該流域0.1 m分辨率正射影像和覆蓋全流域的302幅全景影像并完成全景三維建模及可視化，為后期該地區資源環境承載力綜合地質調查與評價工作提供了基礎數據。