航测案例 | 基于大疆Terra及P4R的高精度建模

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参与单位：
黑龙江精臻科技发展有限公司
参与人员：
高连鹏，张俊峰，安佰强，王永浩，李方超，孙凯
测试时间：
2019.04.25-2019.04.26

1 项目准备

1.1概述
精灵 Phantom 4 RTK是一款小型多旋翼高精度航测无人机，面向低空摄影测量应用，具备厘米级导航定位系统和高性能成像系统，便携易用，全面提升航测效率 。其免像控模式，大幅度解决了外业测绘布设和测量大量像控点的麻烦，更加提高了外业测量的效率，是行业市场同类型无人机中的突出优点。
此外，推出的大疆智图地面站系统，规划航线更加快捷，同时还提供2D平面摄影、3D倾斜摄影（井字航线与五向航线）、航点飞行、航带飞行等多种飞行规划方式。增加的大疆配套D-RTK2移动基站让航飞环境不再苛刻，数据获取更加准确。
大疆智图中含有实时建图功能，让成图更便捷，应对紧急事态的项目更加游刃有余。本文讨论的是使用大疆Phantom4 RTK，并在架设D-RTK2基站的情况下，在地面站软件上进行航线规划，正射以及倾斜航飞模式外业数据采集，进行实时建图，对获取的影像进行处理，经过新推出的大疆智图模型重建来生产真实景二维与三维模型，利用三维模型进行1:500比例尺线划图采集及精度评估。
为突出P4R本身的免像控优势，本项目未布设像控点。
1.2测区基本情况
测区位于哈尔滨市香坊区东北农业大学的校区内，属校区中部景观庭园部分，位置较空旷，有少量建筑物且高度较低，校区内风速与强度不大，飞行条件适宜。测区整体地势平坦，航飞项目进行期间风速也达到三级左右。
项目飞行空域不涵盖禁飞区，如图1.1所示（蓝色蓝色封闭填充为试验区）：

△图1.2 测区范围

测试目标要求实景三维模型成果要能满足精度较严格的城市测量规范中 1:500 测图标准，即：平面中误差±0.25m，高程注记点中误差±0.15m，最大允许误差不超过 2 倍中误差。测量基准采用国家 2000 坐标系统，1985 国家高程基准。
1.3作业流程

△图1.3 作业流程图

1.4测试目的
通过实际生产，检测大疆Phantom4 RTK无人机航测成果采集的地形图精度，判定大疆Phantom 4 RTK作业能否满足生产1:500比例尺地形图的精度要求。

2 无人机航飞

2.1航线规划
按照相关技术资料和要求，在遥控器中，导入测区KML格式范围线，进行飞行航线的规划和飞行参数的设置。
项目航线主要设计参数如下（建图航拍与倾斜摄影通用此参数）：
（1）地面分辨率：2.74cm
（2）航向/旁向重叠度：80%；80%
（3）飞行速度：5m/s
（4）畸变修正：关闭
另外由于飞行器自检无法检测硬件条件，在航飞前需仔细检查无人机的硬件设备，桨叶是否有残留，安装是否牢固，电池电量是否充足，遥控器是否正常工作，地面站是否正常工作等等。
检查无误后准备起飞。

△图2.1 航线规划

2.2二维实时建图
本次项目中图传质量一般，但仍可看到实时建图的高效性、实时性，实时建图功能可应用于灾害应对的解决方案，包括灾前巡察监督、灾时救援监控以及灾后重建管理，但也不仅限于此，在各个领域内实时建图功能都有其应用与价值。



3模型重建

3.1模型空三解算
本项目采用的建模软件是大疆智图软件，此软件自动化程度高，操作步骤较少且单机处理速度快。另外即便是不同航高的无人机飞行数据，大疆智图可以很好完成空三解算，所有的照片都会成功参与计算。

△图3.1.1 空三解算示意图a

△图3.1.2 空三解算示意图b

3.2二维及三维模型重建
大疆智图处理数据生成二维模型时间为1.5h，三维模型所用时间接近2.5h,用市场上通用的某款建模软件处理生成二维模型所用时间为2.3h，三维模型为3.8h。
从节省时间、提高效率方面考虑，大疆智图处理数据所花费的时间比市场上通用的某建模软件软件的时间更少，大疆智图更有优势；
从数据处理的操作简便性方面考虑，大疆智图只需要进行简单的操作，重建后即可生成模型，而市场上通用的某款建模软件需要繁琐的参数设置，进行空三解算，然后再提交生产项目生成模型，在这个过程中加入了大量的人工操作，而繁琐的人工操作必然会形成误差，甚至是系统误差之外的偶然误差，从操作性上来看，大疆智图更具有优势。

CPU Intel(R) Xeon(R) CPU E3-1505M v5 @ 2.80GHz

RAM 16GB

GPU NVIDIA Quadro M2000M,Intel(R) HD Graphics P530

Operating | System Windows7,64-bit


二维正摄模型重建的参数设置如下：

△图3.2.1 二维重建设置

△图3.2.2 二维重建结果

三维倾斜模型重建的参数设置如下：

△图3.2.3 三维重建设置

△图3.2.4 三维重建结果

4 基于三维模型的线划图采集

使用3DMapper三维测图模块与传统CAD结合进行数字线划图的绘制和成图。
（1）在3DMapper软件中，按照大比例尺数据模板建立项目；
（2）在三维视角下，内业人员按照本试验要求对线划图数据进行采集和成图，并直接生产符合数据库质量要求的数据；
（3）在CAD中打开，仍能适用于传统软件编辑。

△图4 三维重建结果

5 质量报告

5.1二维模型质量报告
RTK的实时差分情况良好，全部都是固定解（FIX）

△图5.1.1 RTK固定情况

在质量报告中，可以得到相机照片的畸变校正参数，在使用第三方软件进行模型重建前，空三解算时需要输入K值与P值，进行畸变校正后提高模型精度。

△图5.1.2 畸变参数值

常规结果数据包括地图场景是城市或者农田、模型质量等级是否优良、以及是否为正确协调，除了以上这些常规数据，还可以得到DSM预览图以及场景重叠分析。

△图5.1.3 DSM预览图

△图5.1.4 场景叠加分析

5.2三维模型质量报告
三维模型的质量报告内指标与上述内容大致相似，也可以作为模型质量检测的一个标准参考。

△图5.2 三维质量报告

6 精度验证

6.1精度验证准备

本次针对大疆智图的成图精度进行检核，为了检核精度，在测区布设了9个检核点，使用购买大疆P4R赠送的一年网络RTK服务，选择CGCS2000坐标，进行坐标点采集，检核点分布如图：

△图6.1 检核点示意图

6.2精度验证方法
利用省CORS系统（CGCS2000国家坐标系），采用GNSS接收机RTK模式直接布设图根控制点，使用全站仪采用极坐标方式测定明显地物点的坐标，通过检测坐标与成果图获取坐标的对比，检测地形图的平面精度。
6.3精度验证计算方法
地物点平面精度及高程精度检测后的数据采用高精度检测公式计算，如下：

（6.2）

6.4检测结果
把三维模型上量取的检核点的坐标与实测的坐标进行比对，进行精度评定。
平面精度如下表：

△表6.3 平面精度表

经检测表明，利用大疆Phantom4 RTK采用2.47cm分辨率进行平面摄影测量2D与摄影测量3D后，建模编辑生成1:500地形图的方法满足1:500地形图成图精度要求。



7 总结与展望

1 由以上检测统计数据来看，最终成果精度完全达到了1:500地形图规范要求。使用Phantom4 RTK无人机航测的方案，是完全可以满足大比例尺测图精度要求的。
经过计算，采用大疆Phantom 4 RTK 以及Terra方案，工程项目的外业踏勘、外业飞行、内业处理以及人员投入成本和管理成本方面，可以节约大量企业成本，提高了效益，不仅成果精度可以保证，而且工作效率是传统测绘方式的数倍甚至更高。
2 大疆P4R以及大疆智图Terra是一套一站式行业解决方案，包含多种自主航线规划模式、实时二维建图、二维模型与三维模型重建以及数据成果输出，能够全面提升测绘及泛测绘行业内外业效率。
3 目前大疆智图支持精灵 Phantom 4 RTK、精灵 Phantom 4 Pro V2.0、精灵 Phantom 4 Pro+V2.0、精灵 Phantom 4 Pro、精灵 Phantom 4 Advanced 及 精灵 Phantom 4。（其中精灵 Phantom 4 不支持实时二维建图）
4 购买大疆智图专业版，可永久使用，并且同一许可证下最多可累计绑定 3 台 Windows 系统电脑，可同时使用，更利于提高处理数据效率（目前不支持集群处理）。
5 经过实际航飞项目应用，大疆P4R以及Terra带给了我们诸多惊喜，期望大疆更好的发展，带给测绘行业新的变革。

古风剑客

好！

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黑龙江省CORS目前免费服务。

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