这一次毫米级!DJI P1 攻克乐山大佛精细建模难题

2021-05-23核瑞测绘服务68

无人机摄影测量作为一种高科技测绘技术,为我国文化遗产的保护工作带来了革命性的影响,随着经纬M300 RTK和DJI P1的推出,三轴稳定云台和高精度的飞行航线控制、POS数据,为张祖勋院士所提出的“贴近摄影测量”提供了全新可能,直接将模型成果的分辨率提高到毫米级别。

乐山大佛,开凿于唐代,通高71米,是中国最大的一尊崖面石刻造像。2020年底,应乐山文物部门邀请,成都携恩科技联合南京韦博智控在大疆行业应用的支持下,实施了乐山大佛的高精度数字化建模作业。此次航测建模过程中,遇到了前所未有的挑战,借助经纬M300 RTK、DJI P1、大疆智图等软硬件设备,团队最终在极短的时间内高效完成作业,攻克乐山大佛毫米级建模任务,助力乐山大佛的古迹保护工作。

我们将分别从航线设计、航线执飞、三维重建这几个方面来介绍本次作业是如何实现的,快来看看吧!

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乐山大佛

特殊内凹结构,

“由粗到细”为乐山大佛量身定制航线

乐山大佛由山体向内开凿而成,形成一个上小下大的复杂内凹结构,给本次作业造成了极大的困难。

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放大后的航线可以清晰看到航点的序号、位置和偏航角度

针对乐山大佛这样极不规则的内凹结构体,如何在保持固定分辨率的同时,设计具有足够重叠度的航线是巨大的挑战,航测团队采用“由粗到细”影像采集策略:

1.经纬M300 RTK搭载DJI P1采集乐山大佛粗模

2.使用大疆智图输出粗模点云成果

3.确认粗模结构完整,提取必要参数进行航线设计

4.使用第三方软件针对不同结构目标进行航线规划

5.在大疆智图导入粗模和航线文件进行安全校验

粗模成果需满足几何结构完整、绝对精度高这两点要求。经纬M300 RTK搭载DJI P1实现微秒级时间同步,提供实时厘米级POS数据,显著提升模型成果的绝对精度。

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粗模空三成果

乐山大佛整个内凹结构分为头部、躯干、腿部三个部分,通过第三方航线规划软件,分别生成针对三个部分结构特色的航线规划方案。

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乐山大佛头部自动采集航线

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乐山大佛躯干自动采集航线

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乐山大佛腿部自动采集航线

为确保拍摄安全,作业团队使用大疆智图进行航线检查。航线规划完后,借助大疆智图航点飞行功能,导入粗模和规划好的航线文件进行多视角校验。大疆智图不但可以准确再现规划的航点位置,并且可以依据设定好的偏航、俯仰角度,模拟航点位置锥体投射到模型上的效果,从而检查航线航点的安全性以及偏航、俯仰角度是否合理。

自动+手动飞行,

全画幅相机P1确保更安全的操作空间

对于乐山大佛这类文化遗产,测绘作业时确保古迹的安全是重中之重。在此需求下,DJI P1全画幅的优势特别明显。同样设计1mm的分辨率,精灵4 RTK的相对距离为3.65m,而DJI P1配合35mm焦段镜头的相对距离为8 m,更换50mm镜头后相对距离为11m。更大的相对距离带来更安全的操作空间,高效获取超高分辨率的数据影像。

经纬M300 RTK搭载了六向双目视觉传感器,拥有更强大的避障能力,并且采用多冗余系统设计,保障复杂环境下的飞行安全。航线飞行支持协调转弯过点不停,大幅提升作业效率与面积。

此次乐山大佛建模的难度还来自于测区纹理非常复杂,容易导致纹理拉花空洞、几何结构的缺失。得益于大疆智图的高效处理能力和DJI P1准确的内外参,1,000张照片空三解算时间大约为13分钟,2,000张照片大约35分钟,能够快速对拍摄数据进行空三验证,直观反映出哪里需要补充影像,帮助作业团队及时调整航线和作业流程。

整体外业作业非常顺利,主要结构部分的数据采集只花费半天时间就顺利完成,甚至还有盈余的电量增加一些手动补拍。

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经纬M300 RTK自动航线采集

大疆智图32小时完成三维重建,

极致效率建模利器

数据采集完毕后,团队选择性能优异的大疆智图进行三维重建,生产出符合交付要求的精细化模型,模型成果获得用户认可。

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乐山大佛空三成果

整个乐山大佛共采集4,537张照片,建模工作量大。对于这种不规则的照片数据,使用大疆智图单机仅32个小时就完成了精细化的三维模型重建,整个建模过程一键式全自动,无需人为再进行参数调整。

高精度实景三维模型精准还原了乐山大佛的立体面貌和大佛周边的石刻造像,细节完整清晰,连大佛头部隐而不见的横向排水沟都能够轻松辨别。

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模型细节:大佛发髻处的排水系统

文化遗产保护是世界难题,乐山大佛在漫长岁月中饱受自然风雨侵蚀,数据难以采集保存。本次乐山大佛数字化任务的圆满完成,为后续的古迹遗址研究和保护工作提供了超高分辨率、多维度的信息,同时验证了经纬M300 RTK搭载DJI P1在贴近摄影测量应用中的实战能力,让更多航测难题不再难。

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