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无人机倾斜摄影恢复单木三维点云模型

行业资讯 2018-05-17 15:00

  随着经济社会的快速发展和城市建设步伐的加快,城市规模不断扩大,越来越多的古树名木生长环境收到了不同程度的影响,传统的古树名木保护与管理模式愈发满足不了城市现代化规划与发展的需要,古树名木的保护与管理应当与时俱进。


  传统的古树名木调查保护方法是以人工实地测量的方式为主,只能获取树木的单一调查因子,无法获得古树全方位的空间形态参数,从而制约了修复工作的进展。近年来,随着倾斜摄影测量技术的发展,利用多旋翼无人机能够采集高大古树的多角度航空影像,并通过处理能够快速的重建单木的三维点云模型,从而进行单木几何信息的提取。将该技术应用到古树名木保护工作中,最能体现实际使用价值。通过对古树名木进行三维点云模型重建,精确提取其全方位空间几何信息,并开发点云模型数字化管理系统,可以随时获取任一古树名木的空间三维信息。在提高古树名木保护工作效率的同时,也使得这些珍贵的“历史见证者”能以数字化点云的形式长久的保存下来。


  1.数据采集


  (1)使用多旋翼无人机搭载数码相机对高大孤立单木进行倾斜摄影测量,获取多角度航空影像。

多旋翼无人机

  (2)手动操控无人机,采用盘旋上升的方式进行像片获取。在保证安全的前提下,尽可能靠近目标树木进行摄影,以提高像片之间的重叠率。

  (3)对采集的倾斜航空影像和POS数据进行整理。

倾斜影像和POS数据整理

  2.单木三维点云模型生成


  (1)空三加密处理


  导入原始影像和POS数据,设置地理参考系为WGS-84坐标系,导入相机检校参数。通过空三加密处理,重新计算摄影瞬间的像片方位姿态。

空三加密处理

  (2)三维点云生成及编辑


  对“点云加密”一项参数进行设置,主要包括“图像比例”、“点密度”、“匹配最低数值”,生成整个场景的三维点云数据。


  先将目标树木的从生成的场景点云数据中提取出来,再利用“编辑加密点云”工具,对提取的树木点云进行编辑,主要是删除目标树木顶端的蓝色点云。


  (3)输出成果


  以LAS格式和XYZ格式对点云编辑结果进行输出。此次生成结果的空间分辨率为2.82cm,模型精度为8.46cm,共生成355350个三维点。

点云编辑结果输出

  3.单木空间信息提取


  通过树木的三维点云模型,可以提取树高、树干任意处直径、树冠投影面积、冠幅、树冠表面积、树冠体积等空间信息。


  (1)树高的提取

确定算测点微调算测点

  (2)树干任意处直径的提取

树干直径提取

  (3)冠幅、树冠投影面积的提取

冠幅、树冠投影面积提取

  (4)树冠表面积、树冠投影面积的提取


  由于树冠表面积和树冠体积是复合因子,无法直接提取,需要通过冠幅和树高等参数计算获得。


  (5)提取结果及精度检验


  以测树型全站仪获取的实测值为参考值,对提取参数的精度进行检验。

提取结果

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