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三维场地模型的无人机摄影测量应用:优势和局限性

如果一张图片能说出一千个单词,那么一个3D模型能说出多少个单词?无人机(UAV)图像和视频在建筑检查、施工进度监控、灾后损害调查等领域已成为一个游戏规则改变者。图像和视频捕捉是伟大的,但它只是一个无人机的全部潜力的开始。利用被称为摄影测量的复杂算法,可以将一系列简单的图像转换成一个高度详细和精确的自然和建筑环境的三维模型。

简而言之,摄影测量使用一系列从不同角度拍摄的重叠图像来计算每张照片中每个像素的位置。每个图像必须与相邻图像高度重叠,以便在多个图像中捕获相同的特征,以便进行比较。与求解方程类似,软件使用已知的图片捕获位置、图片捕获角度以及每个重叠图片中公共对象之间的差值来确定每个图像中每个像素的x、y和z位置。这些像素中的每一个都成为三维模型中的一个点。

摄影测量学在其几十年的历史中大部分时间都被归入公众视野之外的专业科学领域。近年来,这项技术在自动驾驶车辆和无人机上得到了复兴。如今道路上的许多生产车辆,如特斯拉生产的车辆,都使用一系列摄像头和摄影测量技术作为自动驾驶和避障技术的基础。无人机软件平台也采用同样的技术,将简单的二维图像转化为三维模型。

使用

使用无人机和三维建模,许多耗时的任务可以在传统地面方法的一小部分时间内完成。以下是几个例子:

  • 地形测量。场地表面标高的文件。适用于一般场地勘测、挖方/填方分析和生成高程产品,如曲面高程等高线或数字高程模型(DEM)。
  • 体积计算。测量料堆中材料的体积,或从挖掘中移除的土壤的体积。比传统的车载激光雷达或物理测量方法更快、更具成本效益。
  • 施工监控。轻松生成详细、逼真的施工进度三维模型,可与利益相关者共享。
真实感的三维建筑模型。
彩色编码的立面图。
测量三维表面的体积。
准确度

无人机的3D建模精度是否足以取代传统的地面方法?在许多情况下,答案是肯定的,但也有一些警告。

三维模型的最终精度与源图像的像素密度有关。最常用的表示像素密度的方法是地面采样距离(GSD),它测量每个像素中捕获的地面数量。1英寸/像素的地面采样距离意味着图像中的每个像素覆盖一平方英寸的面积。低GSD相当于图像中的高像素密度、3D模型中的高点密度和3D模型中的高精度。

在理想条件下,三维模型的最终精度在水平方向上约为1-2xgsd,在垂直方向上约为1-3xgsd。这意味着预期的水平精度为2-4厘米(0.75-1.5英寸),垂直精度为2-6厘米(0.75-3英寸)。最好的结果将获得高质量的相机,相对较低的飞行高度,高度准确的位置测量,最佳的飞行模式,以及一个无障碍的表面观测量。

如果以下条件适用于您的项目,则它可能不是摄影测量建模的良好候选对象:

  • 现场植被茂盛。要测量的表面必须在图片中可见。茂密的植被、树木和其他障碍物妨碍了对下垫面的精确测量。
  • 工地上有高大的障碍物。无人机操作员必须有选择最佳飞行高度和模式的自由,以获得最佳结果。高空设备、电线、塔或其他障碍物可能需要以高于最佳高度飞行或使用次优飞行模式。
  • 需要真实的测量等级精度。虽然三维建模是相当准确时,正确地执行,这不是一个真正的调查。如果你需要一个法律目的的调查或需要尽可能高的准确性,最好得到一个全面的,实地调查。
  • FAA法规。由于靠近机场和其他敏感区域,一些地点可能位于限制飞行区。此外,美国联邦航空局规定禁止在无安全带人员上空飞行。不能清除人员或旁观者的场所可能不是一个好的选择。

生成一个精确的站点模型需要仔细的规划、专门的设备和具有适当条件的站点。经验丰富的无人机操作员将能够通过检查空域规则、地面条件和提出正确的问题来评估场地的可行性。布劳恩国际技术公司拥有设备、经验丰富的人员、软件和知识,可以测量地形、计算体积、生成详细的三维建筑模型以及许多其他提高效率的用途。联系我们的无人机团队,探索您的网站的可能性。雷竞技好Newbee赞助商