CN111243083A - 一种基于无人机倾斜摄影测量技术的三维建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于无人机倾斜摄影测量技术的三维建模方法，包括以下步骤:首先利用无人机倾斜摄影，获取实际视频图像，将采集的视频图像反馈至航拍数据采集平台；接着利用全自动倾斜摄影三维建模技术，对航拍数据采集平台的航摄像片进行后期处理，多视影像密集匹配；然后对外业控制点的布设和测量进行优化，生成高密度点云，构建DSM并生成网格；最后对网格模型进行纹理生成，并进一步对模型精细化处理；输出三维数字模型。本发明提高了输电基建地址复测的智能化水平，提高了人工复测、障碍物自动测距的效率，减少了人力、物力的投入，节约了成本，减少停电时间和电能损失，降低运维成本。

Description

一种基于无人机倾斜摄影测量技术的三维建模方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，具体地讲，本发明涉及一种基于无人机倾斜摄影测量技术的三维建模方法。

背景技术

目前，我国输电线路仍然以架空线为主，高压、特高压输电线路分布点多、面广，所处地形复杂，自然环境恶劣，在山地地区，由于水土流失、雨水、泥石流等原因，会造成对输电线路、尤其是杆塔等电力设施地基的破坏，导致杆塔倾倒或设备损坏，直接破坏输电线路。电力线及杆塔附件长期暴露在野外，受到持续的机械张力、雷击闪络、材料老化、人为等因素的影响而产生倒塔、断股、磨损、腐蚀、受力等损伤，绝缘子还存在被雷击损伤，树木生长引起输电线放电，杆塔存在被偷窃等意外事件。因此，有必要对输电线路进行及时检测以保障输电线路安全运行。传统人工巡检的方式，不仅工作量大而且条件艰苦，特别是对多山地区和跨越大江大河的输电线路，在冰灾、水灾、地震、滑坡、夜晚期间巡线检查，所花时间长、人力成本高、困难大、风险高。

传统输电线路的巡检，一般依靠人工肉眼或者人力携带高倍望远镜和红外热像仪等设备根据故障测距给出的大致范围以及现场环境逐塔逐档线开展故障点的查找工作。对于地面或者输电线路设备上有明显放电痕迹的故障点很容易被人工发现，但是对于放电点不明显或者存在视距或者视角限制的情况，人工几乎不可能在地面上通过高倍望远镜发现，需要人工带电蹬塔甚至走线来查找故障点，既极大增加了线路运维人员的工作量，又给带电作业人员带来安全威胁。

因此，本领域技术人员亟需提供一种基于无人机倾斜摄影测量技术的三维建模方法，自动比对分析基建地址复测信息，提高基建地址复测、障碍物测距效率，提高输电线路故障的精准预判、定位和报警，增强输电线路相关设备的状态检修和需求侧的管理水平。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于无人机倾斜摄影测量技术的三维建模方法，自动比对分析基建地址复测信息，提高基建地址复测、障碍物测距效率，提高输电线路故障的精准预判、定位和报警，增强输电线路相关设备的状态检修和需求侧的管理水平。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于无人机倾斜摄影测量技术的三维建模方法，包括以下步骤:

步骤S01、利用无人机倾斜摄影，获取实际视频图像，将采集的视频图像反馈至航拍数据采集平台；

步骤S02、利用全自动倾斜摄影三维建模技术，对航拍数据采集平台的航摄像片进行后期处理，多视影像密集匹配；

步骤S03、在野外布设预设数量的像控点，并将坐标量测出来，标出相应的刺点位置，形成倾斜摄影真三维数据；

步骤S04、对外业控制点的布设和测量进行优化，生成高密度点云，构建DSM并生成网格；

步骤S05、对网格模型进行纹理生成，并进一步对模型精细化处理；

步骤S06、最后完成全要素的三维数字模型，输出三维数字模型。

优选的，所述步骤S02中的多视影像采用多视影像联合平差方法，包括以下步骤：步骤S021、根据SIFT特征提取算法对影像进行特征提取；步骤S022、建立连接点和连接线、控制点坐标以及POS数据的多视影像自检校区域网平差的误差方程；步骤S023、通过联合平差计算，得到每张像片的外方位元素以及所有加密点的物方坐标。

优选的，所述步骤S02中的全自动倾斜摄影三维建模技术采用基于差分的GPS定位技术、IMU惯性测量技术和激光测距技术。

优选的，所述步骤S02中的倾斜摄影真三维数据包括高度、长度、面积、角度、坡度。

优选的，所述步骤S05中的纹理采用批量提取和小块多张的纹理贴图方式生成。

优选的，通过GPS定位技术获得无人机实时地理位置信息以及无人机所处的的经纬度。

优选的，所述步骤S06中的三维数字模型包含三维数字模型所在的经度、纬度、高度值。

本发明提供了一种基于无人机倾斜摄影测量技术的三维建模方法，提高了输电基建地址复测的智能化水平，提高了人工复测、障碍物自动测距的效率，减少了人力、物力的投入，节约了成本，还实现了对线路设备异常及故障的精准预判、定位和报警及故障快速检修和恢复，提高设备状态识别的效率和准确率，提高了设备运行的可靠性及运维检修效率，减少停电时间和电能损失，降低运维成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的基于无人机倾斜摄影测量技术的三维建模方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。其次，本发明利用示意图进行了详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应以此作为对本发明的限定。

本发明提供一种基于无人机倾斜摄影测量技术的三维建模方法，包括以下步骤:

步骤S01、利用无人机倾斜摄影，获取实际视频图像，将采集的视频图像反馈至航拍数据采集平台。

步骤S02、利用全自动倾斜摄影三维建模技术，对航拍数据采集平台的航摄像片进行后期处理，多视影像密集匹配。

全自动倾斜摄影三维建模技术采用基于差分的GPS定位技术、IMU惯性测量技术和激光测距技术。多视影像采用多视影像联合平差方法，包括以下步骤：步骤S021、根据SIFT特征提取算法对影像进行特征提取；步骤S022、建立连接点和连接线、控制点坐标以及POS数据的多视影像自检校区域网平差的误差方程；步骤S023、通过联合平差计算，得到每张像片的外方位元素以及所有加密点的物方坐标。

步骤S03、在野外布设预设数量的像控点，并将坐标量测出来，标出相应的刺点位置，形成倾斜摄影真三维数据。

步骤S04、对外业控制点的布设和测量进行优化，生成高密度点云，构建DSM并生成网格。

步骤S05、对网格模型进行纹理生成，并进一步对模型精细化处理。纹理采用批量提取和小块多张的纹理贴图方式生成。

步骤S06、最后完成全要素的三维数字模型，输出三维数字模型，三维数字模型包含三维数字模型所在的经度、纬度、高度值。

无人机倾斜摄影测技术是集成了遥感传感器技术、POS定位定向技术和GPS差分技术，具备自动化、智能化获取国土、资源、环境等空间信息，采用数据快速处理系统作为技术支撑，进行实时图像处理和三维建模的新型测绘技术。

利用摄影测量方法获取的航摄像片进行后期处理，需要在野外布设一定数量的像控点作为数学基础，并将它们的大地坐标量测出来，标出相应的刺点位置，为空三加密提供基础数据资料。把大地成果和航摄数据整合起来，使得像片量测与地面测量的数学关系达到一致。像片控制点的布设位置、布设精度和布设密度都会直接影响数字产品的精度。因此，倾斜摄影测量生成三维模型的关键技术主要包括影像预处理、外业控制点的布设和测量、多视影像联合平差等内容。

采用倾斜摄影三维建模技术，融合基于差分的GPS定位技术、IMU惯性测量技术和激光测距原理，不仅能够使模型数据真实还原地物的自然纹理和色彩，直观表现地形地貌特征以及建筑物的细节，还能够定位出较为准确的地理位置信息，获取更加完善的影像信息，使得倾斜影像的应用领域得到了极大的拓展。

其主要技术优势表现在：

1)真实性：倾斜摄影真三维数据能让人们从多个视角观察建筑物，能够写实地反映地物的外观、位置、高度等属性，增强三维数据带来的高沉浸感，更加逼真的反映建筑物的实际情况，极大的弥补了人工建模仿真度低的缺陷。

2)高性价比：倾斜影像数据是带有空间位置信息的可量测影像数据，通过量测软件能够直接对成果影像进行包括高度、长度、面积、角度、坡度等的量测，并且可以同时输出DSM、DOM等多种数据成果，使倾斜摄影技术可以应用在多种领域。

3)高效率、低成本：针对目前各种三维数字城市应用，倾斜摄影技术借助无人机等多种飞行载体，可快速采集影像数据，再加上批量提取和贴纹理的技术，可以有效的提高三维建模效率、降低地理环境三维建模费用。

4)易于发布和共享：采用倾斜摄影技术采集的影像数据相比三维地理信息技术获取庞大的三维数据容量要小很多，而且更易于上传到网络上，进行资源共享，实现大众级别的应用。

虽然本发明主要描述了以上实施例，但是只是作为实例来加以描述，而本发明并不限于此。本领域普通技术人员能做出多种变型和应用而不脱离实施例的实质特性。例如，对实施例详示的每个部件都可以修改和运行，与所述变型和应用相关的差异可认为包括在所附权利要求所限定的本发明的保护范围内。

本说明书中所涉及的实施例，其含义是结合该实施例描述的特地特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。说明书中出现于各处的这些术语不一定都涉及同一实施例。此外，当结合任一实施例描述特定特征、结构或特性时，都认为其落入本领域普通技术人员结合其他实施例就可以实现的这些特定特征、结构或特性的范围内。

Claims (7)

1.一种基于无人机倾斜摄影测量技术的三维建模方法，其特征在于, 包括以下步骤:

步骤S01、利用无人机倾斜摄影，获取实际视频图像，将采集的视频图像反馈至航拍数据采集平台；

步骤S02、利用全自动倾斜摄影三维建模技术，对航拍数据采集平台的航摄像片进行后期处理，多视影像密集匹配；

步骤S03、在野外布设预设数量的像控点，并将坐标量测出来，标出相应的刺点位置，形成倾斜摄影真三维数据；

步骤S04、对外业控制点的布设和测量进行优化，生成高密度点云，构建DSM并生成网格；

步骤S05、对网格模型进行纹理生成，并进一步对模型精细化处理；

步骤S06、最后完成全要素的三维数字模型，输出三维数字模型。

2.如权利要求1所述的基于无人机倾斜摄影测量技术的三维建模方法，其特征在于,所述步骤S02中的多视影像采用多视影像联合平差方法，包括以下步骤：步骤S021、根据SIFT特征提取算法对影像进行特征提取；步骤S022、建立连接点和连接线、控制点坐标以及POS数据的多视影像自检校区域网平差的误差方程；步骤S023、通过联合平差计算，得到每张像片的外方位元素以及所有加密点的物方坐标。

3.如权利要求1所述的基于无人机倾斜摄影测量技术的三维建模方法，其特征在于,所述步骤S02中的全自动倾斜摄影三维建模技术采用基于差分的GPS定位技术、IMU惯性测量技术和激光测距技术。

4.如权利要求1所述的基于无人机倾斜摄影测量技术的三维建模方法，其特征在于,所述步骤S02中的倾斜摄影真三维数据包括高度、长度、面积、角度、坡度。

5.如权利要求1所述的基于无人机倾斜摄影测量技术的三维建模方法，其特征在于,所述步骤S05中的纹理采用批量提取和小块多张的纹理贴图方式生成。

6.如权利要求1所述的基于无人机倾斜摄影测量技术的三维建模方法，其特征在于,通过GPS定位技术获得无人机实时地理位置信息以及无人机所处的的经纬度。

7.如权利要求1所述的基于无人机倾斜摄影测量技术的三维建模方法，其特征在于,所述步骤S06中的三维数字模型包含三维数字模型所在的经度、纬度、高度值。

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