阅读说明：本技术 背包式近景摄影测量装置及无人机倾斜摄影测量建模方法 (Backpack type close-range photogrammetry device and unmanned aerial vehicle oblique photogrammetry modeling method ) 是由 张晓东 陈从建 钱声源 于 2019-10-09 设计创作，主要内容包括：背包式近景摄影测量装置及无人机倾斜摄影测量建模方法,包括如下步骤：步骤1：采用无人机进行山地特征测区的倾斜摄影测量；步骤2：根据倾斜摄影测量的结果构建初始三维模型；步骤3：采用背包式近景摄影测量装置进行近景摄影测量；步骤4：将倾斜摄影测量和近景摄影测量的影像进行多源数据融合,构建测区的精细化三维模型。本发明不仅能够提高作业效率,而且能够构建高质量、超精细化的三维模型,助力农村不动产三维信息平台的建设。(The backpack close-range photogrammetry device and the unmanned aerial vehicle oblique photogrammetry modeling method comprise the following steps: step 1: carrying out oblique photogrammetry of a mountain characteristic measurement area by adopting an unmanned aerial vehicle; step 2: constructing an initial three-dimensional model according to the result of oblique photogrammetry; and step 3: carrying out close-range photogrammetry by adopting a backpack close-range photogrammetry device; and 4, step 4: and performing multi-source data fusion on the images of the oblique photogrammetry and the close-range photogrammetry to construct a refined three-dimensional model of the measurement area. The method can improve the operation efficiency, construct a high-quality and ultra-fine three-dimensional model and assist the construction of a rural real estate three-dimensional information platform.)

背包式近景摄影测量装置及无人机倾斜摄影测量建模方法

技术领域

本发明属于低空摄影测量技术领域，具体涉及背包式近景摄影测量装置及无人机倾斜摄影测量建模方法。

背景技术

无人机倾斜摄影测量技术颠覆了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度采集影像，获取地面物体更为完整准确的信息。提供多角度实景三维模型，可以实现非现场对地物长、宽、高的量测。

无人机倾斜摄影测量技术以能够提供高效、高精度、真实的三维模型等技术优势，越来越多的应用在农村不动产权籍调查中。然而针对树木遮挡、不动产分布“散、乱、小”等特点，现有的无人机倾斜摄影测量技术存在以下问题：

1、现有技术中，由于树木遮挡，造成房屋纹理信息缺失，三维模型质量差；

2、现有技术中，由于农房散乱小特点，相机拍摄角度局限以及飞机高度限制，造成房檐拉花严重。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供背包式近景摄影测量装置及无人机倾斜摄影测量建模方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

背包式近景摄影测量装置，其特征在于，包括：云台相机、天线杆、背包和GPS接收机；所述天线杆固定在背包上，所述云台相机固定在天线杆上，云台相机与天线杆的天顶距为60°，云台相机位于前进方向的右侧，云台相机中云台支架与相机采用柔性连接，相机在水平方向摆动角度为±90°，在竖直方向上为+30～-90°，其中仰视为+；所述GPS接收机固定在天线杆的顶部，GPS接收机为双拼接收机，内置倾斜模块，用于在运动倾斜状态下测定相机位置。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

进一步地，所述相机选用焦距8.8mm，配备1英寸1200万像素CMOS。

此外，本发明还提供了采用如上所述的背包式近景摄影测量装置的无人机倾斜摄影测量建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：采用无人机进行山地特征测区的倾斜摄影测量；

步骤2：根据倾斜摄影测量的结果构建初始三维模型；

步骤3：采用背包式近景摄影测量装置进行近景摄影测量；

步骤4：将倾斜摄影测量和近景摄影测量的影像进行多源数据融合，构建测区的精细化三维模型。

进一步地，所述步骤1中，在移动端飞控平台上，导入测区范围，按照航高100m、航线重叠度85％、旁向重叠度70％，自动规划无人机航线；启动固定相对航高飞行，在飞行过程中，根据地势起伏，自动调整航高。

进一步地，所述步骤2中，在飞行结束后，经过数据预处理、多视影像联合平差、多视影像密集匹配、构建高密度点云、TIN构建、纹理贴合，构建初始三维模型；检查初始三维模型质量，对于遮挡、漏飞造成的模型拉花和空洞进行内业标注，外业采用背包式近景摄影测量装置进行补拍。

进一步地，所述步骤3中，在内业标记位置，采用背包式近景摄影测量装置进行补测：首先确定近景影像与倾斜影像的重叠范围，选择定焦镜头，然后按照建模分辨率的要求及所采用设备的焦距计算合适的拍摄距离，最后进行外业近景补拍。

进一步地，所述步骤4中，将近景影像与倾斜影像进行坐标统一，共同导入建模软件中；多源数据融合进行空中三角测量、TIN构建、纹理贴合，构建精细化三维模型。

本发明的有益效果是：本发明不仅能够提高作业效率，而且能够构建高质量、超精细化的三维模型，助力农村不动产三维信息平台建设。

附图说明

图1是背包式近景摄影测量装置的剖面图。

图2是背包式近景摄影测量装置的平面图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图1、图2所示的背包式近景摄影测量装置，云台相机1与天线杆2、天线杆2与背包3采用刚性连接，云台相机1在前进方向右侧。云台相机1与天线杆2天顶距为60°，即云台相机1在竖直平面内向上倾斜30°，更好拍摄房檐。云台支架5与相机6采用柔性连接，相机6在水平方向摆动角度为±90°，在竖直方向上为+30～-90°(仰视为+)。GPS接收机4为双拼接收机，内置倾斜模块，即采用惯导技术，在运动倾斜状态下，能够准确测定相机位置。相机6选用焦距8.8mm，配备1英寸1200万像素CMOS。

无人机倾斜摄影测量建模方法主要采用了以下技术：

1、相机与GPS的空间标定技术，包括非量测相机的检校、相机与GPS接收机相位中心的空间位置关系。

(1)相机检校：采用三维控制场检校法，基于共线条件方程，布设较多的控制点，利用后方交会方法进行三维检校，得出相机的畸变参数和内方位元素。

(2)相机空间位置标定：采用两台高精度全站仪在同一坐标系下对该装置进行测量，得出相机中心的空间位置和GPS相位中心的空间位置，计算相机中心相对于GPS相位中心的杆臂向量，包括ΔX、ΔY、ΔZ。

2、相机与GPS的时间配准技术。

采用主动同步方式，利用串口通信技术和时间同步控制器，搭建采集移动端控制系统。通过触发拍照命令，时间同步控制器精确将脉冲电信号送达相机与GPS接收机的控制器内，实现在同一时间基准内进行影像数据采集和空间位置测定

3、多源数据融合技术。经过坐标转换，统一近景影像与倾斜影像的空间坐标系，将POS导入到照片影像中，多源影像融合，构建高质量、超精细化的三维模型。

结合某地山区不动产权籍调查项目，对实施例进一步说明。

1、测区概况

测区地势高低起伏，坡度在25°-30°，最大高差为258m，属于典型的山地特征；树木茂盛，房屋遮挡严重。测区不动产面积为0.3km²，共计252户，密度为840户/km²，不动产呈团状分布。

2、无人机倾斜摄影测量

在移动端飞控平台上，导入测区范围，按照航高100m，航线重叠度85％、旁向重叠度70％，自动规划航线。启动固定相对航高飞行，在飞行过程中，根据地势起伏，自动调整航高。

3、初始构建三维模型

在飞行结束后，经过数据预处理、多视影像联合平差、多视影像密集匹配、构建高密度点云、TIN构建、纹理贴合，初始构建三维模型。检查三维模型质量，对于遮挡、漏飞等造成的模型拉花和空洞进行内业标注，外业采用背包式近景摄影测量进行补拍。

4、近景摄影测量

在内业标记位置，采用背包式近景摄影测量进行补测。首先需要确定近景影像与倾斜影像具有一定的重叠范围，选择定焦镜头，然后按照建模分辨率的要求及所采用设备的焦距计算合适的拍摄距离50m，最后进行外业近景补拍。

5、多源数据融合构建精细化三维模型

将近景影像与倾斜影像进行坐标统一，共同导入建模软件中。多源数据融合进行空中三角测量、TIN构建、纹理贴合、构建精细化三维模型。

6、精度分析

(1)根据初始模型，提取房屋数据，外业采用全站仪和激光测距仪对房屋边长进行实测，模型边长与实测对比如表1、表2所示。

表1某村边长实测对比统计

表2某村边长误差统计表

根据上述统计得出：初始三维模型提取的房产数据测量中误差为5.7cm，但是由于地物遮挡、模型畸变等问题，导致内业无法准确采集的房屋位置，存在一定的粗差。

(2)根据精细化三维模型，提取房屋数据，外业采用全站仪和激光测距仪对房屋边长进行实测，模型边长与实测对比如表3、表4所示。

表3某村边长实测对比统计表

表4某村边长误差统计表

根据上述统计得出：经过近景摄影测量补拍，多源数据融合构建高质量、超精细化的三维模型，模型提取房产数据测量的中误差为3.9cm；超过限差10cm的边长统计分别为2％，不超过5％，而且边长误差在5cm以内的达到86％左右，数据精度得到提高。

7、结论

背包式近景摄影测量装置能够很好的弥补倾斜摄影测量的不足，针对树木遮挡、倾斜摄影相机角度局限等造成的三维模型畸变、房檐拉花问题，通过该装置的近景影像与无人机倾斜影像的融合，能够改善三维模型质量，构建高质量、超精细化的三维模型。因此，该装置具有一定的实用推广价值。

需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。