基于倾斜摄影重叠度设置的三维建模精度分析

测绘第３９卷第５期２０１６年１Ｏ月　基于倾斜摄影重叠度设置的三维建模　精度分析　金昱洋　曲以春张坤鹏　（６１２０６部队，辽宁大连１１６０２３）　［摘要］多旋翼无人机搭载的倾斜摄影平台，能够进入不同任务区域，采集多角度的地物影像信息。本文讨论了　多旋翼无人机在不同起飞高度、不同航摄任务区域下预设影像重叠度与实际影像重叠度的差别。针对在建筑物　密集区域下，分析预设影像重叠度与重新设置重叠度对三维建模成果精度的影响。　［关键词］多旋翼无人机；倾斜摄影；重叠度；三维模型精度　［中图分类号］Ｐ２３１　［文献标识码］Ａ　［文章编号］１６７４—５０１９（２０１６）０５～０１９５—０３　Ｔｈｒｅｅ－Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　Ａｃｃｕｒａｃｙ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｏｖｅｒｌａｐｐｉｎｇ　Ｓｅｔｔｉｎｇｓ　ｏｆ　Ｏｂｌｉｑｕｅ　Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ　ＪＩＮＹｕ－ｙａｎｇ　ＯＵＭ—ｃｈｕｎ　ＺＨＡＮＧＫｕｎ－ｐｅｎｇ　１　引言　多旋翼无人机轻便灵活，可以搭载多种类型的任　务平台，执行多样化的任务　。其中旋翼无人机搭载　Ｓ＝２Ｈｔａｎ￣ｚ　倾斜摄影平台可以实现多角度地采集地物影像信息，　进而建立三维模型，这种模式现在越来越广泛地应用　于构建智慧城市等多个领域　。自动建模软件建立三　维模型对影像重叠度的要求高于一般的航摄制图任　务，需要影像至少有７０％的航向和旁向重叠度。在不　同情况下，实际获取的影像重叠度不会完全符合预设　的重叠度，也就不能满足软件的需求，下面针对不同　情况的调整方案进行了分类讨论。　图１　地面起飞航摄高层建筑　点＞　２重叠度设置的调整方案　２．１起飞点在任务区地面，航摄平坦开阔的区域　此种情况为常规的航摄飞行，可以按照要求的航　高和重叠度直接设置航线，完成飞行。　２．２起飞点在任务区地面，航摄高楼密集的城区　直接按照要求设置重叠度，地面可以满足重叠度　ｗ为飞行设定的重叠度：　Ｗ：１一一Ｓ１　（２）　那么基线长Ｓ１，即两个相邻曝光点的距离：　ｓ１＝Ｓ（１一Ｗ１　（３）　要求，但是随着楼层升高，楼顶的影像重叠度则会降　低，楼顶重叠度不足会导致建成的三维模型有漏洞或　者明显拉伸，成果质量较差。所以需要根据任务区最　高的楼房高度重新计算重叠度，作为飞行航摄设置的　重叠度　。具体分析如下：　在ｈ高度的楼顶，相片对应实地的长（宽）　：　Ｌ＝２（Ｈ—ｈ）ｔａｎ　则楼顶处的重叠度为：　：（４）　（５）　１一旦　如图１，已知Ｈ为航摄飞行高度，ｈ为楼房高度，　ａ为像幅角。　相片对应实地的长（宽）：　将公式（１）（２）（３）（４）代入公式（５）可得：　：１一—Ｈ（１－Ｗ）　—（６）　Ｈ—．ｈ　测绘第３９卷第５期２０１６年１０月　２Ｏｌ　顶部建筑主体存在明显粘连和拉伸，同时因楼房过密，　侧视航片重叠度不够，楼房侧面存在明显粘连。在图　５中，重新计算后的楼顶和楼侧面重叠度均能够达到　值的差值。　表１　Ｘ方向模型坐标与实测坐标成果差值　点号　ＪＣＯ１　ＪＣ０２　ＪＣ０３　ＪＣ０４　ＫＺ０９　预设要求的８０％，楼房顶部建筑主体和楼房侧面纹理　ＡＸＩ（ｍ）　Ｏ．８４　０．９２　０．６９　１．２６　０．９７　ＡＸ２（ｍ）　Ｏ．２５　Ｏ．３３　Ｏ．２７　Ｏ．４５　Ｏ．３７　清晰、细节表达清楚，完全符合三维模型成果要求。　表２　Ｙ方向模型坐标与实测坐标成果差值　图４　原设置重叠度建好的模型　点号　ＪＣＯｌ　△＇１（肌）　Ｏ．８９　ＡＹ２（　）　０．２９　ＪＣＯ２　ＪＣＯ３　ＪＣＯ４　ＫＺ０９　０．９９　０．５５　１．１５　０．７８　０．３５　Ｏ．２４　Ｏ．４１　０．２９　表３模型高程与实测高程成果差值　５根据计算后重叠度建好的模型　点号　ＪＣＯ１　ＪＣ０２　ＪＣＯ３　ＪＣＯ４　ＫＺ０９　△　（　）　５．３６　４．９２　６．２ｌ　９．７７　６．４６　△　（历）　３．１３　２．６７　３．２９　５．１６　３．８８　４三维模型几何精度分析　为了充分验证重叠度设置对三维模型几何精度　的影响，本节采用两种几何精度分析检测方案，分别　是点位坐标比对分析和基线距离比对分析　。。　４．２基线距离精度检测　根据野外控制测量解算后生成的基线解算报表，　以控制点之间的基线值作为精度检核的参考值。在前　后两次建立的真三维模型中直接量测控制点之间的　线段长度，与报表中相应的基线长度值进行比对，得　到精度差值。表４中△　，与△　，分别是在原设置重叠　图６控制点点位分布略图　度、重新设置重叠度两次所建立模型中量取的基线值　与实测基线值的差值。　４．１点位坐标精度检测　利用任务区域内已经测出的控制点成果作为检　查点，在原设置重叠度和重新设置重叠度两种情况下　基线　表４基线比对　△　（　）　Ｏ．５７２　Ｏ．１０１　ＡＳ￣（ｍ）　０．２４６　０．０６７　建立的真三维模型中，抽取相应的控制点，得到模型　中对应点位的坐标和高程，与检查点实测坐标和高程　进行比对。表１、２、３中，ＡＸ　△ｙ『ＡＺ．与ＡＸ，Ａ　ＡＺ，　分别表示原设置重叠度、重新设置重叠度两次所建立　ＫＺ０５————ＫＺ０４　ＫＺ０８————ＫＺ０９　模型中，直接抽取的点位坐标值与相应点位实测坐标　（下转第２０８页）　２０８　移动服务平台的设计与挑战［Ｊ］．软件工程师，２０１５（２）：　４７—４９．　测绘第３９卷第５期２０１６年１Ｏ月　［９］何涛，葛亮，王宁．基于北斗的居家养老紧急救援与定位　的研究［Ｊ］．中国科技信息，２０１５，（１）：９２－９３．　［３］周洁慧．居家养老模式发展的意义［Ｊ］．城市建筑，２０１４，　（１１）：３６５．　［１０］薛晓鸣．人口老龄化背景下社会养老模式探索［Ｊ］．江　苏建材，２０１１，（１）：４６—４８．　［４］赵恒，袁正道．基于北斗定位和ＺｉｇＢｅｅ组网技术的养老　院监护系统［Ｊ］．数字技术与应用，２０１４，（６）：５６—５７．　［５］安庆，李岩，张婷婷．桥梁安全监护系统设计与应用［Ｊ］．　城市勘测，２０１６，（１）：１卜１５．　［６］秦艳华，郝中豫，谢树明．武汉市地理国情普查数据质量　检查内容探讨［Ｊ］．城市勘测，２０１５，（４）：３７—４０．　［７］昂勤树，毕金斌，唐环．基于ＧＰＳ／ＧＩＳ集成理论的数据采　集系统研究［Ｊ］．自动化与仪表，２００７，（２）：１０—１４．　［８］肖候均，郝卫东，刘一鸣．基于ＺｉｇＢｅｅ的无线医疗监护　系统设计［Ｊ］．微计算机信息，２０１２，（１）．　［收稿日期］２０１６—０５—２８　［作者简介］安庆（１９６９一），男，武汉光谷北斗控股集团有限　公司高级工程师，主要从事的工作：３ｓ集成技术研究与应用。　［基金项目］２０１５年湖北省重大科技创新计划（２０１５ＡＡＡ０２９）。　（上接第２０１页）　４．３精度分析　国防工业出版社，２０１２．　（１）点位误差和基线误差均为分米级，个别精　度较差控制点误差达到米级；　（２）两种情况下的成果均呈现出相对精度较高、　绝对精度较低的特点，而且绝对精度误差呈现线性、　系统性偏差；　［２］　Ｒｅｇ　Ａｕｓｔｉｎ．无人机系统一一设计、开发与应用［Ｍ］．北　京：国防工业出版社，２０１３．　［３］邢诚．基于简化ＳＩＦＴ算法的无人机影像重叠度分析［Ｊ］．　哈尔滨工程大学学报，２０１２，３３（２）：２２１—２２５．　［４］于广瑞，等．基于测绘型无人机航线优化设计应用研究［Ｊ］　北京测绘，２０１５，（４）：４６—４８．　（３）原设置重叠度所建立的三维模型纹理不够　清晰，控制点点位不够准确，导致点位抽取误差和基　［５］崔红霞，林宗坚，孙杰．大重叠度无人机遥感影像的三维　建模方法研究［Ｊ］．测绘科学，２００５，３０（２）：３６—３８．　线距离误差明显高于按照计算后重叠度建立的三维　模型，达到２－３倍。　［６］张平，刘怡，蒋红兵．基于倾斜摄影测量技术的“数字资　阳”三维建模及精度评定［Ｊ］．测绘，２０１４，３７（３）：　１１５—１１８．　５结语　综上所述，采用计算后的重叠度所建立的三维模　型成果纹理清晰、点位准确，优于采用不经计算重叠　度所建立的三维模型成果。以上各个算式可以灵活运　用于不同飞行条件、不同地物类型的航摄任务中，能　够避免因影像重叠度不满足要求而带来后期成果的　质量低或数据冗余的问题。　参考文献　［１］Ｐａｕｌ　Ｇｅｒｉｎ　Ｆａｈｉｓｔｒｏｍ等．无人机系统导论［Ｍ］．北京：　［收稿日期］２０１６—０５—１９　［作者简介］金昱洋（１９８９一），男，蒙古族，黑龙江哈尔滨人，　本科，助理工程师，主要从事固定翼无人机和多旋翼无人机航　空摄影测量等工作。