[發明專利]一種用于路橋施工領域的無人機傾斜攝影測量方法

在審

• 申請號: 202110927136.7
• 申請日: 2021-08-13
• 公開（公告）號: CN113607135A
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 趙尚哲;隋欣;馮寶成;方立志;陳壯
• 申請（專利權）人: 中交第一航務工程局有限公司
• 主分類號: G01C11/00
• 分類號: G01C11/00;G01C11/34
• 代理公司: 濟南光啟專利代理事務所(普通合伙) 37292
• 代理人: 衣明春

1.一種用于路橋施工領域的無人機傾斜攝影測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟①：軟硬件設備選擇(1)；

步驟②：無人機傾斜攝影參數確定；

步驟③：無人機傾斜攝影航線規劃(7)；

步驟④：數據處理；

步驟⑤：三維實景模型及產品直接應用(12)；

步驟⑥：三維數字模型與BIM結合(13)；

步驟⑦：航飛后對生成的模型進行了精度檢驗。

2.根據權利要求1所述的用于路橋施工領域的無人機傾斜攝影測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟①：軟硬件設備選擇(1)；

首先要對飛行器進行選型，根據市場上的無人機(2)品牌及不同型號選擇適合施工現場條件的無人機(2)和Bentley公司的Context-Capture建模軟件(3)；

步驟②：無人機傾斜攝影參數確定；

依據規劃模型精度確定影像精度(4)，為了達到預定的影像精度(4)，必須要確定焦距(5)及拍攝距離(6)，公式如下：

影像精度(4)*焦距(5)*圖像的最大尺寸＝傳感器寬度*拍攝距離(6)。

步驟③：無人機傾斜攝影航線規劃(7)；

在航飛前要對項目區域整體地貌、地物進行綜合分析，制定飛行路線、規劃航拍高度及影像重疊度，航高計算公式如下：

式中：Ls＝傳感器長度(m)；

D＝相機和對象之間的距離(m)；

f＝數碼相機的焦距；

L＝圖像長度(Px)；

步驟④：數據處理：

航飛完成后，對采集的影像數據進行內業處理，數據處理技術包括航線影像空三計算(8)、多視影像密集匹配(9)、TIN三角網生成(10)、紋理映射(11)主要技術內容，最終得到真正產品數據。

航線影像空三計算(8)；

傾斜攝影空三基本原理與傳統航測空三基本相同，都分為連續點提取和空三解算兩個部分，由于傾斜攝影導致相片間存在較大變形，連接點匹配困難增大，但由于傾斜攝影通常是五航帶不同角度拍攝，同名點數量增加四倍，所以未知數之間的關系復雜，近年來隨著技術的發展一種比較流行的基礎算法為下式：

式中：[X_A Y_A Z_Z]^T表示像點在空間坐標系下的坐標；λ為投影系數；R是外方位元素角元素構成的正交變換矩陣，為飛行拍攝時刻GPS位置，表示無人機在三個方向上的速度，[X Y Z]^T表示像空間輔助坐標系的坐標，Δt表示相機曝光延遲；

多視影像密集匹配(9)；

多視影像密集匹配(9)的算法是SGM半全局匹配算法或PMVS多視匹配算法。

三角網TIN的構建(10)；

三角網構網(10)分為兩個階段：一是點云數據包括約束點共同建立三角網；二是以影像匹配獲得的線元素為約束條件，進行對角線交換，利用局部最優過程LOP調整三角網中每條線段，形成附有約束條件的TIN三角網(10)；

紋理映射(11)；

紋理映射(11)的實質就是將拍攝的影像進行處理生成紋理圖像，通過一定的數學關系建立兩個空間點的對應關系，這兩個空間點分別是二維紋理的空間點和三維模型的空間點，最終將紋理圖像貼附在三維模型上形成逼真的三維模型；紋理映射根據映射方向可分為正向和反向映射。

影像數據經過數據平臺處理、建模后，便可以根據實際需要生成一些列模型或數據；

三維實景模型生成后需進行格式轉換，常用格式為OSGB和OBJ，轉換完成后就可以把三維模型導入應用平臺，也可以對三維模型進行再次深層處理，對模型進行紋理修飾、貼圖、模型拼接。

步驟⑤：三維實景模型及產品直接應用(12)；

通過航飛后的三維實景模型，可以實現多種功能及應用：(1)快速進行土石方復核；(2)地形數據內業直接量測；(3)搶險救災情況現場調查分析及方案制定；(4)洪水風險評估與模擬及防災方案制定；(5)不同閾值下緩沖區分析；(6)動態數據管理及現勢性情況分析；(7)其他與GIS相關應用。

步驟⑥：三維數字模型與BIM結合(13)；

點云數據在Civil3D中的應用，通過三維模型生成的點云數據可以導入Civil3D中，生成高精度地形曲面后，根據設計文件創建道路及場坪，可以實現快速土石方計算、及各種放坡計算；

選用Bentley Lumen RT軟件將三維實景模型與Revit融合，利用Dynamo進行編程，讀取橋梁設計參數，放置參數化族，從而解決現階段Revit在橋梁建模中的短板。橋梁建模完成后，把Revit模型轉換成對應平臺接受的格式，導入操作平臺后，可實現Revit項目與三維實景模型的融合；

步驟⑦：航飛后對生成的模型進行了精度檢驗；

為了減少投影差對影像匹配結果精度的影響，像控點布設的位置應該在離影像邊界1-2cm的位置；將糾正好的三維模型加載到Contex-tCapture-Viewer軟件中具體做法為：采取分別對每個檢查點位進行5次測量，以外業實測的坐標值作為真值，結合5次的量測坐標值求取檢查點點位中誤差，計算公式如下式：

式中：M為該檢查點點位中誤差；

xi,yi為在三維模型上第i次采集的平面坐標值；

X,Y為實測檢查點值。