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水利: Pix4D實現長江沿岸大面積航測

400平方公里,21000張影像——Pix4D實現長江沿岸大面積航測


2019年7月,在鎮江市防汛物資儲運站的辦公室中,工作人員正對著電腦屏幕,瀏覽最新獲得的400平方公里無人機正射影像。緊接著,他們把水利專題信息與正射影像進行疊加,以全面了解長江岸線的開發利用狀況。

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△ 高分辨率無人機正射影像



鎮江市人民政府為合理利用長江岸線,加強對長江生態及河勢安全的維護,迫切需要長江沿岸500米范圍內的高分辨率正射影像,并作為影像底圖與水利專題信息進行疊加。項目區域西起句容市大道河,東至揚中市西來橋鎮,地面分辨率要求為8厘米。

400平方公里,21000張無人機影像


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△工作人員在做起飛前檢查



早晨,一架翼展達2.5米的橙色無人機,在長江岸邊的沙灘緩緩升起,開始了一天的飛行作業。這是專為航測打造的垂直起降無人機——科比特“插翅虎M8”。這架無人機兼具了多旋翼和固定翼的多種優點:起降靈活,受環境限制小;飛行速度快,續航長,可搭載高清相機;同時帶有RTK+PPK系統,在一鍵精準起降的同時,滿足高精度出圖要求




在起飛前,飛手已把精心規劃的航線上傳到無人機中。根據客戶要求的8厘米分辨率,設置航拍重疊率為航向75%,旁向70%,飛行架次共計41個。約1個小時后,飛機的轟鳴聲出現在我們頭頂上方,得益于RTK厘米級定位,飛機最后精準降落在起飛點。在簡單的設備檢查和拆卸工作后,飛手驅車前往下一個起飛點。

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△無人機通過RTK厘米級定位,降落在背包上



入夜以后,工作人員開始了每天的數據整理和檢查工作。Pix4D的潘工表示:“由于項目范圍廣,拍攝時間跨度大,如果開車返回到前幾天的飛行區域去補拍,對時間和精力都是一種浪費。所以能及時發現數據中的問題就顯得尤為重要”。為此,工作人員把影像導入到無人機數據處理軟件Pix4Dmapper中,對影像缺漏/明暗差異,以及相鄰架次間是否有足夠重疊面積等項目進行檢查;有時還需要在軟件中進行快速處理,查看質量報告以確保數據的優質可靠。



另外,早在飛行作業正式開始前兩天,項目組已在測區內進行了像控點的測量。像控點的布設整體遵循“四周點組布設,少量內部控制點”的原則,因科比特M8無人機自帶RTK+PPK定位,本項目可采用稀少像控模式,最后實測得到的像控點+檢查點的數量為160個。

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△工作人員正在測量用油漆噴繪的像控點

作業區域有時前一秒晴空萬里,下一秒狂風暴雨,有時則突然刮起6~7級的過江急風。然而這些困難都沒能夠阻礙項目進度,在15個飛行日內,項目組完成了400平方公里飛行作業,獲取高質量無人機影像21000多張,影像分辨率達4200萬像素

簡單操作,高精成果


野外飛行作業結束后,工作人員把數據導入到Pix4Dmapper中進行處理。雖然面對的是21000多張4200萬像素影像,可謂是名副其實的“大項目”,但是由于獲得了高分辨率無人機影像,高精度POS以及像控點坐標,我們便可以按Pix4Dmapper的標準流程來處理數據——經典的“三步工作流程”把大部分工作都交給了計算機。Pix4DMapper會自動生成正射影像,即將所有零散的無人機數據拼接成連續的無畸變可測量的影像地圖。




圖片


△長江沿岸高精度正射影像


數據處理的大部分時間,計算機都在進行自動計算,需要較多人為干預的部分,僅僅在刺點時出現。而Pix4DMapper在刺點時又提供了“自動標記”功能,即可以先手動刺出2-3張照片,再點擊“自動標記”,軟件會自動計算出其他照片中該點的位置,最后進行手動微調,非常方便和實用!




Pix4Dmapper獨特的空三射線編輯器可將相機位置、投影射線、點云、連接點等信息三維還原可視化,便于直觀檢查和提高項目精度。另外,軟件會自動生成詳盡的質量報告,提供總體質量檢查摘要,平均投影誤差、自檢校相機誤差、控制點誤差等重要技術指標。





從項目開始,到最后8厘米正射影像地圖的交付,項目組共花費了約1個月的時間。Pix4Dmapper生成的正射影像地圖邊界清晰,顏色均勻自然,無空洞拉花等現象。


經過目測和實測,相鄰正射影像的接邊誤差都在1個像元以內,滿足接邊精度要求。把正射影像與外業實測檢查點進行套合檢查,計算得到平面中誤差為6厘米,符合項目要求比起衛星影像,正射影像無論在精度還是時效性上,都具有明顯優勢。


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△同一區域衛星影像(左),無人機正射影像(右),清晰度的差別非常明顯
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△拍攝衛星影像時還不存在的公共體育設施,在右圖中的無人機正射影像中可清晰看到




Pix4DMapper也提供了正射影像的編輯功能。比如可以使用創建新平面的方式對部分水域加以約束,防止水面空洞的出現。同時用戶也可以在鑲嵌圖編輯器里選擇和替換局部影像。

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△水面通常難以構建,但在本項目中的效果令人滿意




“對于數據標注來說,這些正射影像的精度和分辨率已遠遠超出我們的需求”。鎮江市防汛物資儲運站的凌站長說,“Pix4D不但功能強大,而且操作簡單,上手快,不需要太多專業知識。平時用無人機拍攝的小面積河流湖泊影像,我們自己的工作人員就可以進行數據處理,生產高精度的正射影像。這次使用Pix4D處理幾百平方公里數據的項目獲得了成功,更增加了我們對大面積區域處理能力的信心。”




下一步,鎮江市防汛物資儲運站打算定期更新長江沿岸的正射影像數據,并計劃將這項技術推廣到鎮江境內的更多河流和湖泊。








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