Modelado tridimensional y aplicación de fotografía oblicua con drones (registros de una reunión de intercambio)
La ventaja de la tecnología de fotografía oblicua, o la que resulta más atractiva para los usuarios, es que puede establecer un modelo tridimensional de todos los elementos de la superficie con total automatización, alta eficiencia y alta precisión.
El título "Modelado 3D y aplicación de fotografía oblicua de UAV" tiene cuatro significados: el primero es UAV, el segundo es fotografía oblicua, el tercero es modelado 3D y el cuarto es aplicación de modelo 3D.
Los cuatro aspectos anteriores son los contenidos más importantes del sistema de tecnología de fotografía oblicua. Para promover mejor el progreso y la aplicación de la tecnología de fotografía oblicua, es necesario realizar investigaciones sobre cada aspecto.
La calidad de la fotografía oblicua de modelos 3D depende principalmente de dos factores: uno es la calidad de la imagen (resolución del terreno y claridad de la imagen), y el otro es el número de fotografías (cobertura fotográfica de una misma zona).
A partir del efecto de modelado real, para obtener un modelo tridimensional completo y claro para mediciones de alta precisión, la resolución de la imagen oblicua del área del edificio debe alcanzar 2 ~ 3 cm, y el El área general debe alcanzar entre 5 y 6 cm, la cobertura promedio de las fotografías debe alcanzar más de 30 grados de superposición. (Nota: esto puede ser solo un resumen de algunas sensaciones durante el proyecto. La precisión específica depende de los requisitos del proyecto).
Por lo tanto, los drones multirrotor son la primera opción para fotografías oblicuas en áreas de construcción. y se pueden elegir pequeños en áreas generales. El dron eléctrico de ala fija de despegue y aterrizaje vertical realiza fotografías oblicuas.
“Hemos investigado y participado en el desarrollo y uso de una variedad de vehículos aéreos no tripulados de múltiples rotores. Los vehículos aéreos no tripulados de cuatro rotores no pueden cumplir con los requisitos de la aplicación debido a indicadores de carga deficientes y una confiabilidad deficiente; requisitos de aplicación a gran altitud El mal funcionamiento a menudo ocurre debido a factores no humanos durante operaciones de vuelo de alta frecuencia, lo que resulta en accidentes o daños, y la confiabilidad del UAV de ocho rotores no es suficiente, lo que puede causar redundancia de potencia y confiabilidad de vuelo; mejorar la seguridad y continuidad de las operaciones, y se recomienda su uso.
El peso de despegue del UAV de ocho rotores debe ser inferior a 7 kg y la vida útil debe ser de 20 minutos. Cámara inclinable remota de doble lente, cada vuelo puede obtener aproximadamente 900 imágenes con un área efectiva de 0,3 kilómetros cuadrados y una resolución de 0,3 kilómetros cuadrados Fotos con una velocidad de 2 cm. La selección y el uso de la aeronave no es absoluto, depende más de elegir la herramienta adecuada según el entorno geográfico específico).
Los requisitos básicos para el vuelo de fotografía oblicua de un UAV de ala fija son el vuelo a baja altitud, crucero a baja velocidad, radio de giro pequeño, fácil operación y despegue y aterrizaje cercanos.
Aunque los UAV de ala fija propulsados por petróleo se utilizan para fotografía aérea convencional, la eficiencia y el rendimiento del vuelo son buenos. pero los requisitos de uso y mantenimiento son altos y el precio sigue siendo alto.
Los drones eléctricos/híbridos de ala fija de despegue y aterrizaje vertical lanzados al mercado en los últimos dos años tienen grandes ventajas en términos de rendimiento. facilidad de uso y rendimiento El precio de la máquina única y el rendimiento técnico se han mejorado enormemente, lo que permite que la tecnología de fotografía oblicua desempeñe un papel en el modelado tridimensional de áreas grandes, mejorando efectivamente la eficiencia operativa del vuelo de fotografía oblicua.
Teniendo en cuenta la conveniencia de operación, mantenimiento simple, transporte conveniente, precio de una sola máquina y otros factores integrales, se recomienda utilizar drones eléctricos de ala fija de despegue y aterrizaje vertical para vuelos de fotografía inclinada en áreas generales. /p>
Drones eléctricos de ala fija de despegue y aterrizaje vertical con carga útil de 1 ~ 2 kg, duración de la batería de 60 ~ 90 minutos, altitud relativa de vuelo de aproximadamente 300 metros, resolución de imagen en tierra de 5 cm (dependiendo del específico). modelo)
La cámara inclinable fija de cinco lentes es el dron actual. Uno de los equipos comúnmente utilizados para fotografía oblicua continúa la estructura tradicional de cinco lentes utilizada por los aviones tripulados. , hay poca investigación sobre los principios y técnicas de por qué se deben usar cinco cámaras para fotografías oblicuas al mismo tiempo. Todo lo que puedo decir es: "Todos los demás están haciendo esto y debe haber una razón para ello, así que yo". Simplemente lo haré." ”
Para explorar los requisitos de orientación y cantidad de fotografías en el modelado 3D de fotografía oblicua, utilizamos 65, 438 0 cámaras y 2 cámaras respectivamente, utilizando múltiples vuelos y vuelos cruzados a la misma área. Se utiliza una simulación de una cámara de cinco lentes para obtener imágenes hacia abajo, frontal, trasera, izquierda y derecha respectivamente, y realizar experimentos de modelado tridimensional con diferentes combinaciones.
Las principales conclusiones del experimento de fotografía oblicua utilizando diferentes números de cámaras para simular una estructura de cinco cámaras son las siguientes:
1) El efecto de modelado no tiene nada que ver con el número de cámaras, pero está relacionado con la cantidad de fotos y rutas y vuelos adyacentes La distancia está relacionada;
2) No es necesaria una cámara que mire hacia abajo, porque la imagen de proyección real es generada por la proyección ortogonal del modelo tridimensional. La función de la cámara que mira hacia abajo es similar a la de otras cámaras azimutales;
3) Es apropiado que la cámara esté inclinada de 20 a 30 grados. La tasa de separación de bordes de las fotografías de la cámara con un ángulo de inclinación de 45 grados es demasiado baja;
4) El sistema de cámara inclinable con una estructura oscilante trifásica de doble cámara tiene el mejor rendimiento general en términos de costos.
El sistema de cámara inclinable de doble lente consigue el efecto de una cámara fija de cinco lentes con sólo dos cámaras. El sistema tiene una estructura simple, bajo costo, peso liviano, fácil mantenimiento y uso, y es la primera opción para la fotografía oblicua con drones multirotor.
El sistema de cámara inclinable 2D de doble lente ultraligero de Aerospace Vision Company consta de dos cámaras en miniatura y un cabezal inclinable 2D, con un peso total de 1,2 kg.
Cámara El tamaño del sensor fotosensible no puede ser menor que APS-C y la cantidad de píxeles debe ser superior a 24 millones.
Por ejemplo, si se utiliza un dron multirrotor y un sistema de cámara de doble lente para realizar fotografías oblicuas con una resolución de 2 cm en un área de edificio, los requisitos básicos para el diseño de la ruta son :
1 ) El área de fotografía aérea debe ser lo más rectangular posible y la ruta debe trazarse a lo largo del lado largo del área rectangular. El alcance de vuelo real debe exceder el alcance de la misión en 1 altitud, y la diferencia de altura del terreno dentro de la división debe ser inferior a la mitad de la altura;
2) El número de rutas debe ser un número par y no menos de 6, y la longitud máxima de una sola ruta debe basarse en el cálculo del número de rotores múltiples del 40% del rango de crucero efectivo del hombre y la máquina;
3) La altitud relativa está diseñada para ser de 100 metros. Cuando existan edificaciones que superen los 30 metros en el área de fotografía aérea, la altura relativa mínima deberá calcularse como 100 metros más la altura del edificio.
4) El traslape direccional sea mayor a 75, y el lateral; la superposición es mayor que 40. (Nota: depende de los parámetros de la cámara y del entorno específico)
“Si se utilizan cámaras duales y drones de ala fija para realizar fotografías oblicuas con una resolución de 5 cm en áreas normales, los requisitos básicos para el diseño de rutas son:
1) El área de fotografía aérea debe ser lo más rectangular posible y las rutas deben disponerse en forma de cuadrícula a lo largo de los lados largo y corto del área rectangular (vuelo en forma de cruz). El alcance debe exceder la altitud del alcance de la misión 1 y el terreno en el área es alto. La diferencia debe ser inferior a la mitad de la altura;
2) El número de rutas debe ser un número par y no menor. de 6. La longitud máxima de una sola ruta está diseñada para ser 40 del alcance de crucero efectivo del UAV, y la longitud máxima no debe exceder los 5500 m.
3) La altura relativa está diseñada para ser. 300 m, y la altura relativa mínima debe ser más de 100 m más alta que otras estructuras en el área de tiro.
4) La superposición direccional es mayor que 75 y la superposición lateral es mayor que 40 (Nota: depende; dependiendo de los parámetros de la cámara y el entorno específico)
Cada fotógrafo aéreo debe diseñar la ruta de manera unificada y determinar el archivo de parámetros de vuelo de cada vuelo eliminando rutas redundantes en el mismo archivo de diseño de ruta.
Se deben equipar al menos 10 baterías para operaciones al aire libre, o se debe equipar un generador portátil para la carga en el sitio para mejorar la eficiencia del trabajo.
El lugar de despegue y aterrizaje del dron debe estar lo más cerca posible.
"Configuración del equipo de operación 123: 1 vehículo todoterreno, 2 drones multirrotor, 3 miembros (personal de tierra, piloto, asistente).
La precisión del modelado del modelo 3D de fotografía oblicua está directamente relacionada con la resolución de la imagen, que generalmente es de aproximadamente 1:3.
La precisión de la medición del plano y la precisión de la medición de la elevación relativa del modelo 3D de fotografía oblicua son básicamente las mismas.
Si la resolución de la imagen es de 2 cm, la precisión del modelado del modelo 3D es generalmente de 5 a 10 cm, y la precisión de medición correspondiente también está dentro de los 10 cm, lo que es equivalente y mucho mayor. que la precisión de los puntos de medición reales en el campo. Precisión del mapa topográfico 1:500.
Si la resolución de la imagen es de 5 cm, la precisión del modelado del modelo 3D es generalmente de 15 a 20 cm y la precisión de medición correspondiente es inferior a 20 cm, que es mayor que la precisión del mapa topográfico 1:1000. .
La aparición de drones y varios pequeños sistemas de fotografía oblicua hace que sea muy conveniente obtener datos de imágenes oblicuas.
Se ha resuelto el cuello de botella en la recopilación de datos y el costo disminuirá gradualmente. .
Con el desarrollo de grupos de computadoras, GPU y tecnología de software de modelado 3D de imágenes oblicuas, la eficiencia del modelado 3D mejorará enormemente.
En lo que respecta a la situación actual, los drones, los sistemas de fotografía oblicua, los grupos de computadoras y el software de modelado 3D involucrados en el modelado 3D de fotografía oblicua pueden cumplir con los requisitos de la adquisición de imágenes oblicuas por lotes y el procesamiento de modelado 3D. , cumpliendo básicamente las condiciones de ingeniería y escala.
La tecnología de fotografía oblicua y sus métodos de operación con drones están tomando cada vez más forma, haciendo que la reconstrucción tridimensional del mundo real con todos los elementos sea eficiente y factible.
En la actualidad, el uso principal de la fotografía oblicua en el campo de la topografía y la cartografía es establecer rápidamente un modelo tridimensional preciso de la superficie, que puede reemplazar el modelado manual tradicional y el "escaneo láser de imagen oblicua". "métodos de modelado.
No es apropiado comparar simplemente la tecnología de fotografía oblicua con la tecnología de fotogrametría tradicional, especialmente no discutir sobre las ventajas y desventajas de esta tecnología, porque se realizan desde diferentes direcciones, diferentes formas y diferentes propósitos. Lo que se estudia es sólo la superposición en los puntos de logro de la reconstrucción del modelo tridimensional objetivo.
La tecnología de fotografía oblicua y la tecnología de fotogrametría son "dos automóviles que circulan por dos caminos, no tomando el mismo camino"
La tecnología de fotografía oblicua y la tecnología de fotogrametría pueden considerarse como dos Dos convoyes corrieron dos caminos y ahora se encontraban en un paso elevado, pero en realidad sus destinos eran diferentes y los vehículos que usaban eran diferentes.
Se pueden obtener modelos tridimensionales precisos y resultados de medición sin observación manual, que es la ventaja "más fatal" de la tecnología de fotografía oblicua. Y esto es lo que la fotogrametría persigue desde hace décadas.
El modelo tridimensional construido mediante fotografía oblicua puede sustituir la observación manual en fotogrametría aérea, consiguiendo una mayor precisión y un modelado automático y un mapeo inteligente más rápido.
Con estos cambios, inevitablemente habrá impactos y cambios en las tecnologías, productos, mercados, usuarios, aplicaciones y modelos de negocio existentes.
No utilice métodos y estándares de fotogrametría tradicionales para medir la tecnología y los resultados de la fotografía oblicua. La única forma viable debería ser comparar y probar los resultados.
El desarrollo y la popularización de la tecnología de fotografía oblicua no solo extenderá la información espacial de dos dimensiones a tres dimensiones, sino que, lo que es más importante, traerá cambios en el campo de la topografía y la cartografía, y también conducirá a cambios en aplicaciones industriales.
El modelo tridimensional y la plataforma de servicios de información espacial tridimensional construidos mediante fotografía oblicua se convertirán en el soporte básico de información espacial para aplicaciones industriales.
El modelado 3D con fotografía oblicua será un método de modelado y medición 3D ampliamente utilizado en el futuro, y es un modelo innovador y disruptivo en el campo de la topografía y la cartografía.
El rápido desarrollo de la tecnología de fotografía oblicua con drones permite realizar “encuestas de toda la población, encuestas bajo demanda y encuestas dinámicas”.
No es apropiado enfatizar demasiado y perseguir la confiabilidad de las plataformas UAV. Es importante considerar la rentabilidad de los drones y los sistemas de cámaras inclinadas como herramientas de recopilación de datos, ya que son fáciles de usar, fáciles de mantener, portátiles y económicos.
De hecho, mientras sea un dron, tarde o temprano caerá. Si el precio del "pollo frito" es el de un Mercedes-Benz, ni la empresa ni el piloto están dispuestos a soportar semejante pérdida.
Esperamos que el precio de mercado del “sistema de cámara inclinable UAV” que cumple con los requisitos para operaciones a gran escala esté dentro de los 654,38 millones de yuanes. Se espera que los fabricantes de drones y de sistemas de cámaras basculantes puedan lograr avances en estructura, tecnología, repuestos, costos, etc.
La fotogrametría tradicional y la tecnología de fotografía oblicua son un proceso de juego bidimensional y tridimensional, y lo tridimensional ganará al final. En la actualidad, la fotografía oblicua todavía se encuentra en la etapa de promoción, limitada principalmente por los puntos de aplicación actuales y las especificaciones de la industria.
La tecnología y los resultados de la fotografía oblicua no son perfectos y aún se están probando y evolucionando. Los procesos de trabajo tradicionales y los estándares de entrega de productos no se pueden cambiar en uno o dos años. Esto requiere un proceso.
Para los usuarios, no esperen ahorrar dinero al utilizar la tecnología de fotografía inclinada, que puede requerir una inversión adicional. Lo que haces es mantenerte al día con el desarrollo de los tiempos, gastar algunos costos de aprendizaje y luego tendrás la base, no importa si no lo haces. Siempre habrá personas que se quedarán atrás y siempre habrá empresas que se quedarán atrás.
Datos, plataforma y servicio son los tres contenidos principales de la futura industria de la información geográfica. La tendencia es la intensificación de la producción de datos y la integración de servicios de aplicaciones.
El contenido de los datos se ampliará desde el plano bidimensional al espacio tridimensional integrado de "suelo, interior y exterior", añadiendo la dimensión temporal.
Quien domine los datos 3D de todos los factores ocupará las alturas dominantes de la industria 3D.
Tiene información geográfica tridimensional refinada, medible, realista, de alta precisión, orientada a objetos, rápidamente actualizada y personalizada, y se convertirá en el soporte básico para aplicaciones industriales y servicios públicos.
En la era del big data y las ciudades inteligentes, el 3D holográfico será un arma poderosa para que la industria de la información geográfica sirva a las ciudades inteligentes y a la era del big data.
En lo que respecta a la aplicación de la tecnología de fotografía inclinada, todo el mundo es un novato y los ignorantes no tienen miedo. La diferencia entre lo alto y lo bajo radica principalmente en el pensamiento, la práctica y la experiencia.
En fotografía oblicua, los expertos tienen más conocimientos previos que nosotros y los expertos tienen más experiencia práctica que nosotros. La clave es lograr resultados.
La fotografía oblicua es sólo un método de fotografía. Lo importante es que la tecnología de visión por computadora utiliza suficientes imágenes oblicuas con suficiente superposición para lograr una reconstrucción tridimensional, formando así tecnología de fotografía oblicua o tecnología de fotogrametría oblicua.
Para los usuarios, la atención debe centrarse en el modelo tridimensional obtenido, sin prestar demasiada atención al equipo de adquisición y los detalles técnicos detrás de él.
No existe ningún software de procesamiento de clústeres de ingeniería nacional para el modelado 3D de imágenes oblicuas.
Falta software nacional como OSGB (no disponible en el extranjero) que pueda producir y editar directamente datos tridimensionales en masa.
Faltan herramientas de software para la objetivación inteligente por lotes de datos 3D.
Existen muchas dificultades técnicas en el almacenamiento, gestión, publicación y aplicación de modelos 3D masivos de imágenes oblicuas.
La mayoría de los sistemas de aplicaciones de los usuarios no pueden aceptar ni utilizar modelos 3D generados por fotografía oblicua.
Por eso el modelo tridimensional de la fotografía oblicua también es etiquetado como "hermoso pero inútil".