無(wú)人機(jī)傾斜攝影三維建模和應(yīng)用（一次分享交流會(huì)的記錄）

聲明：內(nèi)容來(lái)源于一個(gè)老領(lǐng)導(dǎo)的分享交流轩勘，聆聽(tīng)之后略作整理以表敬意，整理過(guò)程當(dāng)中遺漏不足之處在所難免，文中所述不代表任何觀點(diǎn)。

1 傾斜攝影技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

傾斜攝影技術(shù)優(yōu)勢(shì)或者說(shuō)最吸引用戶的忆畅，就是利用傾斜攝影技術(shù)可以全自動(dòng)、高效率晾蜘、高精度邻眷、高精細(xì)的構(gòu)建地表全要素三維模型。

》題目中“無(wú)人機(jī)傾斜攝影三維建模和應(yīng)用”有四重含義：一是無(wú)人機(jī)剔交，二是傾斜攝影肆饶，三是三維建模，四是三維模型應(yīng)用岖常。

》上述四個(gè)方面是傾斜攝影技術(shù)體系中最重要的內(nèi)容驯镊，需要對(duì)每個(gè)方面都進(jìn)行必要的研究，才能更好地推動(dòng)傾斜攝影技術(shù)的進(jìn)步和應(yīng)用推廣。

2 無(wú)人機(jī)選擇：

》傾斜攝影三維模型的質(zhì)量主要取決于兩個(gè)因素：一是影像質(zhì)量（影像地面分辨率和影像清晰度）板惑，二是照片數(shù)量（對(duì)同一區(qū)域的照片覆蓋度）橄镜。

》從實(shí)際建模效果來(lái)看，要想獲得完整清晰冯乘、可供高精度量測(cè)的三維模型洽胶，建筑區(qū)傾斜影像的分辨率要達(dá)到2～3厘米、一般地區(qū)要達(dá)到5～6厘米裆馒，照片的平均覆蓋度要達(dá)到30度重疊以上姊氓。（注：這里可能只是項(xiàng)目當(dāng)中的一些感悟總結(jié)，具體精度視項(xiàng)目需求而定）

》因此喷好，多旋翼無(wú)人機(jī)是進(jìn)行建筑區(qū)傾斜攝影的首選翔横，一般地區(qū)的傾斜攝影則可選擇小型電動(dòng)垂直起降固定翼無(wú)人機(jī)。

2.1 多旋翼無(wú)人機(jī)

》先后調(diào)研梗搅、參與研制和使用了多款多旋翼無(wú)人機(jī)禾唁。四旋翼無(wú)人機(jī)因載荷指標(biāo)不夠，可靠性極差无切，不滿足應(yīng)用需求荡短；六旋翼無(wú)人機(jī)在高頻次飛行作業(yè)時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)非人為因素的故障哆键，導(dǎo)致墜機(jī)或損壞肢预，可靠性不 夠；八旋翼無(wú)人機(jī)有一定的動(dòng)力冗余和飛行可靠性洼哎，可以提高作業(yè)的安全性和持續(xù)性，推薦使用沼本。

》八旋翼無(wú)人機(jī)的起飛重量應(yīng)小于7公斤噩峦，作業(yè)續(xù)航時(shí)間20分鐘，使用遠(yuǎn)景雙鏡頭擺動(dòng)式傾斜攝影相機(jī)抽兆，每架次飛行可獲取有效面積0.3平方公里2厘米分辨率的照片約900張识补。

（注：飛機(jī)的選擇和使用沒(méi)有絕對(duì)，更多的是根據(jù)具體地理環(huán)境選擇合適的工具而已）

2.2 固定翼無(wú)人機(jī)

》傾斜攝影飛行對(duì)固定翼無(wú)人機(jī)的基本要求是低空飛行辫红、低速巡航凭涂、轉(zhuǎn)彎半徑小、操作便利贴妻、就近起降等切油。

》使用油動(dòng)固定翼無(wú)人機(jī)進(jìn)行常規(guī)航空攝影，雖然飛行效率和性能都不錯(cuò)名惩，但使用和保養(yǎng)要求高澎胡，價(jià)格也居高不下。

》近兩年市場(chǎng)上推出的電動(dòng)/混合動(dòng)力垂直起降固定翼無(wú)人機(jī)，無(wú)論是易用程度攻谁、單機(jī)價(jià)格稚伍、技術(shù)性能等方面，都有了較大的改進(jìn)戚宦，使傾斜攝影技術(shù)可以在較大面積的三維建模方面發(fā)揮作用个曙，有效地提高了傾斜攝影飛 行的作業(yè)效率。

》考慮到操作便利受楼、維修簡(jiǎn)便垦搬、方便運(yùn)輸、單機(jī)價(jià)格等綜合因素那槽，推薦使用電動(dòng)垂直起降固定翼無(wú)人機(jī)來(lái)進(jìn)行一般地區(qū)的傾斜攝影飛行悼沿。

》電動(dòng)垂直起降固定翼無(wú)人機(jī)的有效載荷1～2公斤，續(xù)航時(shí)間60～90分鐘骚灸，相對(duì)飛行高度300米左右糟趾，影像地面分辨率5厘米。（視具體機(jī)型而定）

3傾斜攝影相機(jī)：

》固定式五鏡頭傾斜攝影相機(jī)是目前在無(wú)人機(jī)傾斜攝影中普遍使用的設(shè)備之一甚牲，它延續(xù)的是原來(lái)用在有人駕駛飛機(jī)上使用的傳統(tǒng)的五相機(jī)結(jié)構(gòu)义郑。

》但對(duì)為什么一定要同時(shí)用五臺(tái)相機(jī)進(jìn)行傾斜攝影的原理和技術(shù)卻鮮有研究，只能說(shuō)“別人都是這么做的丈钙，一定有他的道理非驮，我照著干就是了”。

》為了探究?jī)A斜攝影三維建模對(duì)照片方位和數(shù)量的要求雏赦，我們分別采用1臺(tái)和2臺(tái)相機(jī)劫笙，對(duì)同一區(qū)域采用多次飛行、交叉飛行的方法星岗，模擬五鏡頭相機(jī)的方式填大，分別獲取下視、前視俏橘、后視允华、左視、右視的影像寥掐，并以不 同組合分別進(jìn)行了三維建模試驗(yàn)

》用不同數(shù)量相機(jī)模擬五相機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行傾斜攝影試驗(yàn)的主要結(jié)論如下：

1）建模效果與相機(jī)數(shù)量無(wú)關(guān)靴寂，但與照片數(shù)量和相鄰航線飛行的間隔時(shí)間相關(guān)；

2）下視相機(jī)不是必須的召耘，因?yàn)檎嬲溆跋袷怯扇S模型的正投影生成百炬。下視相機(jī)的作用與其它方位相機(jī)的作用相似；

3）傾斜相機(jī)的角度在20～30度之間較為合適怎茫。45度傾斜角安置的相機(jī)的照片邊緣的分別率過(guò)低收壕；

4）采用雙相機(jī)妓灌、三相位擺動(dòng)結(jié)構(gòu)的傾斜攝影系統(tǒng)綜合性價(jià)比最優(yōu)。

》雙鏡頭擺動(dòng)式傾斜攝影系統(tǒng)僅用兩臺(tái)相機(jī)就達(dá)到了固定式五鏡頭相機(jī)的效果蜜宪，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單虫埂、成本低、重量輕圃验、維修使用方便掉伏，是多旋翼無(wú)人機(jī)傾斜攝影的首選。

》航天遠(yuǎn)景公司的超輕型雙鏡頭二維擺動(dòng)式傾斜攝影系統(tǒng)澳窑，由2個(gè)微單相機(jī)和1個(gè)二維擺動(dòng)式云臺(tái)構(gòu)成斧散，總重量1.2公斤。

》相機(jī)感光傳感器的尺寸不應(yīng)小于APS-C摊聋，像素?cái)?shù)量大于2400萬(wàn)鸡捐。

4 航線設(shè)計(jì)

》如使用多旋翼無(wú)人機(jī)和雙鏡頭擺動(dòng)式傾斜攝影系統(tǒng)進(jìn)行建筑區(qū)2厘米分辨率的傾斜攝影，航線設(shè)計(jì)的基本要求是：

1）航攝分區(qū)盡量為矩形麻裁，航線沿矩形區(qū)域長(zhǎng)邊方向敷設(shè)箍镜，實(shí)際飛行范圍應(yīng)超出任務(wù)范圍1個(gè)航高，分區(qū)內(nèi)地形高差小于1/2航高煎源；

2）航線數(shù)量為雙數(shù)且不少于6條色迂，單航線最大長(zhǎng)度按多旋翼無(wú)人機(jī)有效續(xù)航里程的40%計(jì)算；

3）相對(duì)航高平均按100米設(shè)計(jì)手销，當(dāng)航攝分區(qū)內(nèi)有超過(guò)30米的建筑物時(shí)歇僧，最小相對(duì)航高應(yīng)按100米加上建筑物高度計(jì)算；

4）航向重疊度大于75%锋拖，旁向重疊度大于40%诈悍。（注：視相機(jī)參數(shù)和具體環(huán)境而定）

》如使用雙相機(jī)和固定翼無(wú)人機(jī)對(duì)普通地區(qū)進(jìn)行5厘米分辨率的傾斜攝影，航線設(shè)計(jì)的基本要求是：

1）航攝分區(qū)盡量為矩形兽埃，沿矩形區(qū)域長(zhǎng)邊方向和短邊方向分別敷設(shè)航線写隶，呈格網(wǎng)狀（按十字交叉飛行），實(shí)際飛行范圍應(yīng)超出任務(wù)范圍1個(gè)航高讲仰，分區(qū)內(nèi)地形高差小于1/2航高；

2）航線數(shù)量應(yīng)為雙數(shù)且不少于6條痪蝇，單航線最大長(zhǎng)度按無(wú)人機(jī)有效續(xù)航里程的40%設(shè)計(jì)鄙陡，最大長(zhǎng)度不超過(guò)5500米；

3）相對(duì)航高平均按300米設(shè)計(jì)躏啰，最小相對(duì)航高應(yīng)高于攝區(qū)內(nèi)容其他構(gòu)筑物100米以上趁矾；

4）航向重疊度大于75%，旁向重疊度大于40%给僵。（注：視相機(jī)參數(shù)和具體環(huán)境而定）

5 飛行作業(yè)

》每個(gè)航攝分區(qū)應(yīng)統(tǒng)一進(jìn)行航線設(shè)計(jì)毫捣，用在同一航線設(shè)計(jì)文件中刪除多余航線的方法確定每架次的飛行參數(shù)文件详拙。

》外出作業(yè)至少應(yīng)配備10組電池，或配置便攜式發(fā)電機(jī)現(xiàn)場(chǎng)充電蔓同，以提高作業(yè)效率饶辙。

》無(wú)人機(jī)起降場(chǎng)地應(yīng)盡量靠近攝區(qū)，以減少無(wú)效飛行距離斑粱。

》作業(yè)小組123配置：1輛SUV汽車弃揽，2架多旋翼無(wú)人機(jī)，3名成員（地勤则北、飛手矿微、助理）。

6 成果精度

》傾斜攝影三維模型的建模精度與影像分辨率直接相關(guān)尚揣，一般為1:3左右涌矢。

》傾斜攝影三維模型的平面量測(cè)精度和相對(duì)高程量測(cè)精度基本一致。

》如果影像分辨率為2厘米快骗，則三維模型的建模精度一般為5～10厘米娜庇，相應(yīng)的量測(cè)精度也達(dá)到10厘米以內(nèi)，與外業(yè)實(shí)測(cè)點(diǎn)的精度相當(dāng)滨巴，遠(yuǎn)高于1:500地形圖的精度思灌。

》如果影像分辨率為5厘米，則三維模型的建模精度一般為15～20厘米恭取，相應(yīng)的量測(cè)精度也達(dá)到20厘米以內(nèi)泰偿，高于1:1000地形圖的精度。

7 全新認(rèn)識(shí)：

7.1 已具備工程化條件

》無(wú)人機(jī)和各類小型傾斜攝影系統(tǒng)的涌現(xiàn)蜈垮，使得傾斜影像數(shù)據(jù)的獲取變得非常便捷耗跛。數(shù)據(jù)獲取的瓶頸已經(jīng)破解，成本也將逐步降低攒发。调塌。

》計(jì)算機(jī)集群、GPU惠猿、傾斜影像三維建模軟件技術(shù)的進(jìn)步羔砾，使得三維建模的效率將大幅提升。

》僅就目前情況來(lái)看偶妖，傾斜攝影三維建模工作所涉及的無(wú)人機(jī)姜凄、傾斜攝影系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集群趾访、三維建模軟件等态秧，已可以滿足批量化傾斜影像獲取和三維建模處理工作的要求，基本具備了工程化和規(guī)亩笮化的條件申鱼。

7.2 兩股道上跑的車

》傾斜攝影技術(shù)及其無(wú)人機(jī)作業(yè)方法日漸成形愤诱，使得對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的全要素三維重建變得高效可行。

》傾斜攝影目前在測(cè)繪領(lǐng)域的主要用途是快速建立精細(xì)的地表三維模型捐友，可以替代傳統(tǒng)的手工建模和“傾斜影像+激光掃描”的建模方法淫半。

》不宜將傾斜攝影技術(shù)與傳統(tǒng)攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單對(duì)比，特別是不要就技術(shù)的優(yōu)劣進(jìn)行爭(zhēng)論楚殿，因?yàn)閮烧呤菑牟煌姆较虼榭⒁圆煌姆绞健椴煌挠猛驹谧鲅芯看嘀啵瑑H僅是在目標(biāo)三維模型的重建這一成果點(diǎn)上有些重合而已

》傾斜攝影技術(shù)與攝影測(cè)量技術(shù)是“兩股道上跑的車砌溺，走的不是一條路”

》傾斜攝影技術(shù)與攝影測(cè)量技術(shù)可以看成是在兩條路上跑的車隊(duì)，只是現(xiàn)在恰好在某處立交橋碰上了变隔，但其實(shí)兩者的目的地是不同的规伐，使用的車輛也是不同的。

7.3 顛覆式創(chuàng)新

》不需要人工觀測(cè)匣缘，就能得到精細(xì)的三維模型和測(cè)量結(jié)果猖闪，這才是傾斜攝影技術(shù)“最致命”的優(yōu)點(diǎn)。而這一點(diǎn)正是攝影測(cè)量幾十年來(lái)苦苦追求的目標(biāo)肌厨。

》傾斜攝影所構(gòu)建的三維模型培慌，可以替代航空攝影測(cè)量中的人工觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)更高精度柑爸、更快速度的自動(dòng)建模和智能測(cè)圖吵护。

》伴隨著這些變革，必然會(huì)對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)表鳍、產(chǎn)品馅而、市場(chǎng)、用戶譬圣、應(yīng)用瓮恭、商業(yè)模式等帶來(lái)沖擊和變化。

》不要以傳統(tǒng)攝影測(cè)量方法和標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量?jī)A斜攝影技術(shù)和成果厘熟，唯一可行的方法應(yīng)該是用成果進(jìn)行對(duì)比和檢測(cè)屯蹦。

》傾斜攝影技術(shù)的發(fā)展和推廣，不僅僅使得空間信息從二維延伸到三維绳姨，更重要的是會(huì)給測(cè)繪領(lǐng)域帶來(lái)變革颇玷，也必將催生行業(yè)應(yīng)用的變革。

》傾斜攝影所構(gòu)建的三維模型及三維空間信息服務(wù)平臺(tái)將成為行業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)空間信息支撐就缆。

》傾斜攝影三維建模將是今后一種普遍采用的三維建模和測(cè)繪方法，是測(cè)繪領(lǐng)域里的顛覆式創(chuàng)新模式谒亦。

》無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的快速發(fā)展竭宰，使“全民測(cè)繪空郊，按需測(cè)繪，動(dòng)態(tài)測(cè)繪”成為可能切揭。

7.4 無(wú)人機(jī)性價(jià)比

》不宜過(guò)分強(qiáng)調(diào)和追求無(wú)人機(jī)平臺(tái)的可靠性狞甚，重要的是要考慮無(wú)人機(jī)及傾斜攝影系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)采集工具的性價(jià)比，應(yīng)該使用簡(jiǎn)單廓旬、維修便捷哼审、易于攜帶、價(jià)格便宜孕豹。

》事實(shí)上涩盾，只要是無(wú)人機(jī)，遲早都會(huì)掉下來(lái)励背。如果“炸雞”的代價(jià)是一輛奔馳車春霍，無(wú)論是單位還是飛手，都不愿意承擔(dān)這樣的損失叶眉。

》我們希望符合規(guī)闹啡澹化作業(yè)要求的“無(wú)人機(jī)+傾斜攝影系統(tǒng)”的市場(chǎng)價(jià)格在10萬(wàn)元以內(nèi)。希望無(wú)人機(jī)廠商和傾斜攝影系統(tǒng)廠商能在結(jié)構(gòu)衅疙、工藝莲趣、零配件、成本等方面有所突破饱溢。

7.5 跟上時(shí)代步伐

》傳統(tǒng)攝影測(cè)量與傾斜攝影技術(shù)是一個(gè)二維與三維博弈喧伞、最終三維將勝出的博弈過(guò)程。目前傾斜攝影還停留在推廣階段理朋，主要是受限于當(dāng)下的應(yīng)用點(diǎn)以及行業(yè)規(guī)范絮识。

》傾斜攝影技術(shù)和成果并不完善，還在不斷試驗(yàn)和演進(jìn)中嗽上，傳統(tǒng)的工作流程和產(chǎn)品交付標(biāo)準(zhǔn)次舌，也不是一年兩年能改變的，這需要一個(gè)過(guò)程兽愤。

》對(duì)用戶而言彼念，使用傾斜攝影技術(shù)，不要指望他能給節(jié)省費(fèi)用浅萧，反而可能需要額外的投入逐沙。你做了是順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的步伐，花點(diǎn)學(xué)習(xí)成本洼畅，后面就有基礎(chǔ)了吩案；你不做也沒(méi)關(guān)系，總是有人要落伍的帝簇，也總是有企業(yè)要落 伍的徘郭。

7.6 同行觀點(diǎn)

》數(shù)據(jù)靠益、平臺(tái)、服務(wù)是未來(lái)地理信息行業(yè)的三大主要內(nèi)容残揉，其趨勢(shì)是數(shù)據(jù)生產(chǎn)的集約化和應(yīng)用服務(wù)的集成化胧后。

》數(shù)據(jù)內(nèi)容將從二維平面擴(kuò)展到“地上-地下，室內(nèi)-室外”一體化的三維空間抱环，并增加時(shí)間維度壳快。

》誰(shuí)掌握三維全要素?cái)?shù)據(jù)，誰(shuí)就占據(jù)三維行業(yè)制高點(diǎn)镇草。

》具有精細(xì)化眶痰、可量測(cè)、真實(shí)感陶夜、高精度凛驮、對(duì)象化、更新快条辟、定制化的三維地理信息黔夭，將成為行業(yè)應(yīng)用和公眾服務(wù)的基礎(chǔ)支撐。

》在大數(shù)據(jù)時(shí)代羽嫡、智慧城市的時(shí)代本姥，全息三維將是地理信息產(chǎn)業(yè)服務(wù)于智慧城市、大數(shù)據(jù)時(shí)代的有力武器杭棵。

7.7 實(shí)踐出真知

》就傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用而言婚惫，大家都是新手，無(wú)知者無(wú)畏魂爪，高低之差主要在思路先舷、實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)。

》在傾斜攝影技術(shù)方面滓侍，專家比我們多的是背景知識(shí)蒋川，高手比我們能的是實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，而做出成果才是王道撩笆。

》傾斜攝影只是一種攝影方法捺球，重要的是計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)利用足夠數(shù)量和有足夠重疊度的傾斜影像實(shí)現(xiàn)了三維重建，因而就形成了傾斜攝影技術(shù)或傾斜攝影測(cè)量技術(shù)夕冲。

》就用戶而言氮兵，關(guān)注點(diǎn)應(yīng)放在已經(jīng)得到的三維模型上，而不必過(guò)多關(guān)心其背后的獲取設(shè)備和技術(shù)細(xì)節(jié)歹鱼。

8 存在問(wèn)題

》沒(méi)有國(guó)產(chǎn)工程化的傾斜影像三維建模集群處理軟件泣栈。

》缺少國(guó)產(chǎn)的對(duì)OSGB等三維數(shù)據(jù)直接進(jìn)行批量化生產(chǎn)編輯的軟件（國(guó)外也沒(méi)有）。

》缺少對(duì)三維數(shù)據(jù)智能進(jìn)行批量對(duì)象化處理的軟件工具。

》海量?jī)A斜影像三維模型的存儲(chǔ)南片、管理篙悯、發(fā)布、應(yīng)用等存在不少技術(shù)難點(diǎn)铃绒。

》多數(shù)用戶的應(yīng)用系統(tǒng)還不能很好地接受和使用傾斜攝影所生成的三維模型。

》因此螺捐，傾斜攝影三維模型也被貼上了“中看不中用”的標(biāo)簽颠悬。