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M6Pros近景攝影測(cè)量：西安古城墻數(shù)字化建設(shè)應(yīng)用介紹
一、項(xiàng)目背景
西安城墻位于陜西省西安市中心,，是第一批全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位,、5*旅游景區(qū),，是我國(guó)古代城垣建筑中保留至今最為完整的一處,，也是當(dāng)今世界現(xiàn)存最完整的古城墻,。西安城墻墻高12米，頂寬12～14米,，底寬15～18米,，輪廓呈封閉的長(zhǎng)方形，周長(zhǎng)13.74千米,。
古城墻是西安市城市整體布局的重要構(gòu)成部分,，承載著我國(guó)傳統(tǒng)的歷史文化。因此,，對(duì)于古城墻的保護(hù)顯得尤為重要,。無(wú)人機(jī)近景攝影測(cè)量技術(shù)能夠高效、準(zhǔn)確,、無(wú)接觸地獲取古城墻及附屬建筑物的影像數(shù)據(jù),，并通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)對(duì)古城墻及建筑物進(jìn)行三維重建，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)西安古城墻的數(shù)字化及信息化,，為古城墻的管理保護(hù)工作提供嶄新的思路和方向,。
二、測(cè)區(qū)概況
項(xiàng)目測(cè)區(qū)位于陜西省西安市市中心,，測(cè)量目標(biāo)為西安市古城墻及附屬的古建筑,、構(gòu)筑物等，全長(zhǎng)約13.74km,，有效建模區(qū)域面積約為14km2,。測(cè)區(qū)內(nèi)地勢(shì)較為平坦，部分區(qū)域有百米高樓,。
考慮到光線(xiàn)照射角度及背陰面陰影大小,，規(guī)定無(wú)人機(jī)環(huán)繞飛行作業(yè)時(shí)間為10:00～15:00，在該時(shí)間段內(nèi),，太陽(yáng)高度角較高,，光線(xiàn)陰影較小，適合飛行,。同時(shí),，為了避免無(wú)人機(jī)貼近攝影測(cè)量影像數(shù)據(jù)采集過(guò)程中造成過(guò)曝現(xiàn)象，規(guī)定貼近攝影測(cè)量作業(yè)時(shí)間為9:30～10:00和15:00～16:00,。
測(cè)區(qū)內(nèi)共布設(shè)地面像控點(diǎn)48個(gè),，考慮到古城墻附近對(duì)于環(huán)境保護(hù)的需求，因此,，像控點(diǎn)全部選擇點(diǎn)位清晰且易辨認(rèn)的地面斑馬線(xiàn),、道路指示線(xiàn)等角點(diǎn)，像控點(diǎn)分布如下圖所示,。
三,、項(xiàng)目設(shè)備選用
由于此次拍攝的目標(biāo)物包括城墻,、城門(mén)、閘樓,、城樓,、箭樓、角樓,、敵樓,、女墻、馬面,、甕城以及城墻內(nèi)側(cè)民房及外側(cè)高層建筑物等,，其中閘樓、箭樓,、角樓,、敵樓等結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多為通柱式結(jié)構(gòu),，不僅包含平臺(tái)結(jié)構(gòu),，還包含暗層、樓面以及挑臺(tái)等結(jié)構(gòu),。復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和細(xì)致的紋理給攝影測(cè)量工作帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn),。
為了獲取測(cè)區(qū)的高質(zhì)量航片，兼顧無(wú)人機(jī)的安全性,，項(xiàng)目組選用設(shè)備為大疆M300 RTK無(wú)人機(jī)和睿鉑M6 Pros近景攝影測(cè)量相機(jī),。M300 RTK無(wú)人機(jī)，抗風(fēng)性能優(yōu)異,，續(xù)航時(shí)間長(zhǎng),，且具備RTK厘米級(jí)定位精度，可實(shí)現(xiàn)精確地航線(xiàn)作業(yè)及懸停作業(yè),。
M6 Pros量測(cè)型相機(jī)是睿鉑最新研發(fā)出的多用途產(chǎn)品,，配備三軸增穩(wěn)云臺(tái)，穩(wěn)定性非常好,，可以有效改正無(wú)人機(jī)飛行時(shí)姿態(tài)變化引起的成像時(shí)刻姿態(tài)偏移,，保證曝光時(shí)刻的成像姿態(tài)與航線(xiàn)預(yù)設(shè)的姿態(tài)一致。
M6 Pros可直接使用DJI Pilot執(zhí)行航點(diǎn)任務(wù),，具備實(shí)時(shí)參數(shù)設(shè)置,、實(shí)時(shí)圖像顯示功能，同時(shí),，在相機(jī)控制方面也非常方便,，可直接使用M300遙控器控制相機(jī)拍照及錄像。既可以用來(lái)生產(chǎn)正射圖像，也可以用于近景攝影測(cè)量建立高質(zhì)量精細(xì)化模型,，可保證5mm高分辨率的情況下離建筑物50m,，在保證模型效果的同時(shí)也保證了飛行安全。
四,、航線(xiàn)規(guī)劃設(shè)計(jì)
此次飛行航線(xiàn)設(shè)計(jì)使用Way Point Master完成,，軟件可提供十余種航線(xiàn)規(guī)劃方案，包括環(huán)繞飛行,、仿地飛行、帶狀飛行,、雷達(dá)測(cè)繪,、立面測(cè)繪等多種外業(yè)飛行作業(yè)模式，根據(jù)作業(yè)類(lèi)型不同,，提供適配作業(yè)方案,。
城墻南永寧門(mén)段環(huán)繞航線(xiàn)示意圖1
使用WPM軟件對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行環(huán)繞航線(xiàn)設(shè)計(jì)，相較于傳統(tǒng)的五鏡頭作業(yè),，可以大大的減少傾斜攝影采集的影像數(shù)量,，同時(shí)拍攝角度也更加豐富。此外,，由于測(cè)區(qū)內(nèi)建筑物密集,，高且高樓建筑物較多，因此在環(huán)繞飛行后,，再次使用M6 Pros相機(jī)對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行正射數(shù)據(jù)采集,，以豐富建筑物的紋理信息，減少模型空洞的產(chǎn)生,。
城墻南永寧門(mén)段環(huán)繞航線(xiàn)示意圖2
五,、外業(yè)航飛概況
本次項(xiàng)目外業(yè)采集工作分兩部分進(jìn)行，首先,，使用M300+M6Pros+WPM對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行整體環(huán)繞式飛行,，獲取整個(gè)測(cè)區(qū)的影像數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)航高為150米,，地面分辨率（相機(jī)俯仰角-45°情況下的真實(shí)分辨率）約為2cm,。
箭樓和城墻數(shù)據(jù)采集
甕城數(shù)據(jù)采集
其次，使用M300+M6Pros對(duì)城墻,、城門(mén),、閘樓、城樓,、箭樓,、角樓、敵樓、女墻,、馬面,、甕城等進(jìn)行貼近飛行，拍攝距離45m左右,，分辨率約為4mm,。西安城墻永寧門(mén)段有效建模面積0.7km2，環(huán)繞飛行采集影像1481張,，正射影像634張,，永寧門(mén)手動(dòng)補(bǔ)拍照片210張，總計(jì)照片數(shù)2325張,。
城樓正面數(shù)據(jù)采集
城樓側(cè)面數(shù)據(jù)采集
六,、航飛數(shù)據(jù)處理
以永寧門(mén)段進(jìn)行說(shuō)明，西安城墻永寧門(mén)段有效建模面積0.7km2,，環(huán)繞飛行采集影像1481張,，正射影像634張，永寧門(mén)手動(dòng)補(bǔ)拍照片210張,，總計(jì)照片數(shù)2325張,。本次數(shù)據(jù)處理采用中測(cè)智繪Mirauge 3D軟件，空三一次性通過(guò),，空三解算時(shí)間約35min,，建模時(shí)間約3小時(shí)。
七,、模型效果
7.1?
原始模型效果
7.2?
修飾后模型效果
八,、項(xiàng)目總結(jié)
從飛行情況來(lái)看，環(huán)繞飛行高度150m,，地面分辨率可達(dá)2cm,，貼近飛行距目標(biāo)物距離45m，分辨率可達(dá)4mm,，*可滿(mǎn)足項(xiàng)目需求,。并且，環(huán)繞飛行相較于傳統(tǒng)的五鏡頭沿航線(xiàn)飛行,，獲取的影像數(shù)據(jù)可以減少4/5左右,，大大減少了內(nèi)業(yè)的數(shù)據(jù)處理壓力，解決了外業(yè)一直拍,，內(nèi)業(yè)不出活的尷尬局面,。
在整體效果方面，M6 Pros的參數(shù)設(shè)置融合了睿鉑多年的作業(yè)經(jīng)驗(yàn),，相機(jī)參數(shù)波動(dòng)被約束在一個(gè)相對(duì)固定的范圍,，可在大部分環(huán)境下保證數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量。
細(xì)節(jié)上，M6 Pros的COMS尺寸為35.7mm×23.8mm,，像幅面積是精靈4 RTK的7.3倍,，更大的畫(huà)幅可帶來(lái)更好的寬容度和高感，航片采集的城樓及城墻細(xì)節(jié)內(nèi)容會(huì)更加豐富,，其作業(yè)效率也會(huì)越高
九,、單位簡(jiǎn)介
南京維新空間信息技術(shù)有限公司是一家集測(cè)繪、地理信息領(lǐng)域的技術(shù)型企業(yè),。公司擁有專(zhuān)業(yè)的團(tuán)隊(duì)和核心的技術(shù)產(chǎn)品,，專(zhuān)注于影像及三維激光技術(shù)，提供實(shí)景三維GIS服務(wù),。公司業(yè)務(wù)涵蓋測(cè)繪地理信息裝備*,、實(shí)景三維建模全流程工程服務(wù)、空間數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)和實(shí)景三維建模技術(shù)輸出,。公司秉持“工匠"精神，切實(shí)為用戶(hù)提供實(shí)用,、高效,、簡(jiǎn)單的產(chǎn)品和服務(wù)。