城市高楼与高山等高落差区域倾斜摄影三维建模


一、引言

无人机航测相对于传统测绘来说,具有作业周期短、作业成本低、适用范围广等特点,是传统测量行业的有效补充。但在某些区域,由于测区地形落差较大,倾斜摄影相机无法笼统的规划所有航测任务,需要根据不同场景运用不同的解决方案。

大雁云实景三维重建平台在此整理了最具典型性的城市高楼区域和高落差山地地形的航测注意事项,以帮助客户减少作业风险,节省作业成本,提高作业效率。

二、城市高楼区域数据采集

随着实景三维中国项目即将开展,智慧城市建设项目也将迎来增长,城市区百米以上高楼的建模任务是绕不开的话题。倾斜摄影技术虽然在建筑普遍低矮的农村地籍测量项目中应用良好,但是在高楼区域的运用上却存在较大问题。

城市高楼与高山等高落差区域倾斜摄影三维建模

1. 高楼航飞的建模难点

在现目前的技术水平下,随着建筑物高度增加,建模的难度就会提升。一是高楼会增加作业的风险,无人机撞高楼或者失控伤人概率增加。二是随着楼高增加,高层的高楼部分重叠度急剧下降,导致模型楼顶拉花,空洞严重。

城市高楼与高山等高落差区域倾斜摄影三维建模

△某百米高楼建模效果

2.高楼航飞解决方案

一般来说,相机的视场角是由传感器尺寸和焦距决定,航测相机的视场角是固定的,相机相对被摄物体越远,拍摄的内容物就越多,距离越近拍摄范围就越小。

在城市区域作业时,由于楼层过高的原因,高楼上层区域和地面的重叠率会有明显区别,楼层越高,重叠率不足越严重,模型顶部出现空洞、拉花、扭曲等现象的概率也就越大。

城市高楼与高山等高落差区域倾斜摄影三维建模

为解决高楼对重叠率的影响,可以用以下几种方法:

- 增大飞行重叠率

以很高的重叠率飞行来保证楼顶实际重叠率,这种方法适用于高楼密布的测区。一般而言,航拍时覆盖的影像越多,所包含的空间和纹理信息就越多,建模的效果就会越好。对于高楼而言,适度的提高重叠度对于模型效果有很大的改善。

不过,过高的旁向重叠度会急剧降低外业数据采集的效率和内业数据处理的效率,空三分层等问题的概率也会提升。所以建议客户根据实际情况,合理增大飞行重叠率。

- 部分补飞

对于高楼不多的测区,大多按照航向80%,旁向70%的重叠率进行飞行作业,针对重叠度不够的高楼可以后续再进行单独补飞。

- 增大相机焦距

在分辨率、重叠度相同的条件下,长焦距镜头能够增加楼顶的实际重叠度和保证足够安全的航飞高度,实现高楼更好的建模效果。

城市高楼与高山等高落差区域倾斜摄影三维建模

不过,研发人员在实验时发现,利用长焦距镜头采集的数据和图像信息在建模时出现了比较严重的屋檐下拉花现象,这是因为在地面分辨率相同的情况下,镜头焦距越长,无人机航高越高,屋檐下面的盲区就越多。如下图所示,相对于短焦镜头来说,长焦镜头被遮挡的视野更多。

城市高楼与高山等高落差区域倾斜摄影三维建模

因此,对于倾斜摄影而言,并不能单独追求焦距的长或者短。焦距的长短与模型的效果、航飞效率等密切相关。航高与建模效果存在一定的矛盾关系。

三、山地航飞

高落差山地区域的数据采集与建模任务同样让人头疼,特别是在云贵川某些地形起伏较大的区域,常规的作业方式难以满足项目需要。

城市高楼与高山等高落差区域倾斜摄影三维建模

1. 山地航飞的建模难点

由于山地高低落差较大,普通的飞行方式满足不了重叠率和分辨率的统一,容易存在地势较低地区重叠率高、分辨率低,地势较高地区重叠率低、分辨率高的问题,造成数据处理空三分层或者建模后效果差的问题。

2. 山地航飞解决方案

为避免以上问题的出现,山地飞行一般采取以下几种飞行方式:

- 分层飞行

高低落差大的区域单一飞行高度无法满足建模要求,采取随山地起伏进行分层的方法飞行,尽量保证飞机相对于山体的高度一致。需注意以下几点:

  1. 单层航线比较小的话,可以一个航线飞完暂停,重新上传下一个航线,不用重新起降飞机,节省电。

  2. 分层航线注意每次换航线之前更改合适的返航高度。

- 仿地飞行

地面站导入测区DEM高程文件,基于高程文件生成相对于地面高低起伏的航线用于航飞建模(此方式多用于多旋翼)。

不过仿地飞行需要导入数字高程模型,设置航点,事先需要先飞行一次,与分层飞行方式相比,增加了作业时间和作业量。此外,仿地飞行无法对高压线等高层危险物做出很好的规避,在实际作业中,的确有客户因为没有设计好航线造成无人机挂高压线或者撞基站的情况发生,所以建议客户根据实际情况,合理使用仿地飞行。

城市高楼与高山等高落差区域倾斜摄影三维建模

△航片中的基站

- 贴近摄影测量

贴近摄影测量是利用拍摄设备贴近物体表面摄影,获取(亚厘米级)高清影像,并进行摄影测量处理,从而恢复被摄对象的精确坐标和精细形状结构来解决精细三维模型,弥补了其他摄影测量无法达到的精度要求,可以为建筑物、地质等物体的数字化重建提供一种有效的补充手段。

某些山区高低落差过大,坡度过陡,分层飞行和仿地飞行都无法有效解决,这时利用无人机进行立面扫描可有效解决高落差、坡度陡山区的立面测量。

贴近摄影测量总结:

  1. “贴近”与“倾斜”融合,通过两种方式进行融合来提高模型的精细程度。
  2. 优化拍摄方式,加上每组照片的位置信息。
  3. 把技术应用到项目中。

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