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国土资源遥感  2021, Vol. 33 Issue (2): 248-255    DOI: 10.6046/gtzyyg.2020238
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基于智能手机的无人机低空倾斜摄影测量系统及其应用研究
毕卫华1,3(), 赵星涛2, 杨化超3(), 卞和方3, 张秋昭3
1.皖北煤电集团有限责任公司,宿州 234002
2.北京帝信科技有限公司, 北京 100086
3.中国矿业大学环境与测绘学院,徐州 221116
Research on smartphone based UAV low-altitude oblique photogrammetry system and its applications
BI Weihua1,3(), ZHAO Xingtao2, YANG Huachao3(), BIAN Hefang3, ZHANG Qiuzhao3
1. Wanbei Coal & Electricity Co. Ltd., Suzhou 234002, China;
2. Beijing Dixin Technology Co., Ltd., Beijing 100086, China
3. School of Environment & Spatial Informatics, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China;
全文: PDF(5599 KB)   HTML  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

为了促进无人机低空倾斜摄影系统的低成本、轻小型和易用性,通过融合DJI Phantom 4四旋翼轻小型无人机低空飞行平台和Nokia 808 PureView型智能手机构建了一套基于智能手机的无人机低空倾斜摄影测量系统。对其中的基于智能手机的多相机成像系统进行了相关功能的优化及模块化设计,包括相机成像质量改进措施、基于开源飞控研发的用于自动拍照控制的定位定向及飞行控制模块设计等,并给出了多相机成像系统作为任务载荷与飞行平台的集成模式并归纳了其工作流程。将构建的无人机低空倾斜摄影测量系统分别应用于不动产测量、城市建筑物三维重建、露天矿开采监测领域。经外业实测的检查点和目视评判结果表明,基于该系统获取的实景三维模型具有较好的纹理质量,相关数字测绘产品可达厘米级的定位精度。取得的成果对于无人机低空倾斜摄影系统的实用化发展具有借鉴意义。

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毕卫华
赵星涛
杨化超
卞和方
张秋昭
关键词 无人机飞行控制系统智能手机倾斜摄影测量三维重建    
Abstract

In order to facilitate the low-cost, ultra-light weight and easier operation, the authors constructed a smartphone based unmanned aerial vehicle (UAV) low altitude oblique photogrammetric system by integrating DJI Phantom 4 UAV flight platform with good flight traits and Nokia 808 PureView mobile phones with good image-taking functions. In this system, relative functions of multi-camera imaging system with mobile phones were optimized, and the module design method was adopted for the system which includes the measurement of improving image quality, and the design of flight control module used for automatically image-taking control developed by open source flight control system, the design of the POS module and some other means. The integrating mode by the multi-camera system adopted as payload and flight platform was discussed, and then the working flow of the integrated system was concluded. The system was used for different applicable fields, i.e., real estate surveying, open-pit mine monitoring, and 3D reconstruction of urban buildings. The application results assessed by check points measured with field work and manual vision inspect indicate that the real-world 3D model has better texture quality, and the digital survey and mapping products, real-world 3D model and digital linear graph as well as some other means have higher geometric accuracy with centimeter level. The proposed system will be very important for boosting the development of UAV low altitude oblique photogrammetry in terms of practical demands.

Key wordsunmanned aerial vehicle    flight control system    smartphone    oblique photogrammetry    3D reconstruction
收稿日期: 2020-07-31      出版日期: 2021-07-21
ZTFLH:  P239  
基金资助:国家重点研发计划项目“集成北斗/Galileo/LiDAR/倾斜摄影的智慧城市三维场景重建关键技术研究”(2017YFE0119600)
通讯作者: 杨化超
作者简介: 毕卫华(1982-),男,硕士,工程师,主要从事矿区遥感监测应用研究。Email: 64860288@qq.com
引用本文:   
毕卫华, 赵星涛, 杨化超, 卞和方, 张秋昭. 基于智能手机的无人机低空倾斜摄影测量系统及其应用研究[J]. 国土资源遥感, 2021, 33(2): 248-255.
BI Weihua, ZHAO Xingtao, YANG Huachao, BIAN Hefang, ZHANG Qiuzhao. Research on smartphone based UAV low-altitude oblique photogrammetry system and its applications. Remote Sensing for Land & Resources, 2021, 33(2): 248-255.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/gtzyyg.2020238      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2021/V33/I2/248
Fig.1  基于智能手机的无人及低空倾斜摄影测量系统结构图
成像模式 镜头参数 传感器参数
焦距/mm 光圈 传感器尺寸/英寸 像素大小/μm 图像分辨率/像素
1 8.02(26 mm等效) F/2.4 1/1.2(10.54 mm×7.91 mm) 1.4 7 728×5 368(4 100万)
2 2.6 4 000×3 000(1 200万)
Tab.1  Nokia 808 PureView 内置相机图像传感器和镜头参数
Fig.2  使用ND镜前后影像效果对比
Fig.3  不同成像模式同一地物的三维模型重建结果
Fig.4  整个系统及各主要模块的组成结构图
Fig.5  系统工作流程
Fig.6  各研究区范围及像控点和检查点分布
项目 研究区1 研究区2 研究区3
飞行航高(相对)/m 42 93 112
航向/旁向重叠度/% 85/80 85/80 85/80
平均地面分辨率/cm 1.2 2.3 3.1
影像数量/张 6 200 53 214 876
像控点和检查点数量/个 15; 6 108; 24 8; 6
房角平面检查点数量/个 48
地形高程检查点数量/个 35
拍摄日期 2019年6月 2019年9月 2019年12月
Tab.2  各研究区摄影参数及像控点和检查点数量
Fig.7  各研究实景三维模型及其局部细节图
Fig.8  研究区1的地籍图及研究区3的地形图
研究区 检查点 房角检查点 高程检查点
mXY mZ mZ mXY
1 3.2 4.2 3.9
2 6.6 7.1
3 8.1 10.7 12.6
Tab.3  各研究区精度统计
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