[发明专利]基于Pixhawk利用无人机对建筑物进行三维建模的方法

说明书

本发明涉及一种基于Pixhawk利用无人机对建筑物进行三维建模的方法。基于Pixhawk飞控，检测三轴角速率及三轴加速度信息，计算出无人机的横滚及俯仰角度；检测无人机飞行方向前是否有障碍物阻挡，计算出相应距离，以实时调整无人机的飞行器姿态和高度；获得无人机实时地理位置信息；根据无人机航向参数与无人机所要飞行的目标航向进行分析，通过预先设定的偏移距离查看GPS移动距离，每当经纬度变化达到预先设定值时，调整相机云台并启动相机拍照；从而证拍摄照片的航向重叠率以及相机倾斜角。本发明方法解决了三维建模中的纹理映射和曲面平滑伴随着的几何修复过程的问题，并在几何结构修复的同时提高从倾斜影像中提取纹理的速度。

技术领域

本发明涉及一种基于Pixhawk利用无人机对建筑物进行三维建模的方法。

背景技术

目前，三维地形，建筑建模的数据来源多采用卫星遥感影像数据和常规有人机航空遥感影像数据，这些技术获取遥感资料虽然已较为成熟，但是在高效性、实时性、准确性和分辨率等方面还存在一定程度的不足，目前我国多数市中心繁华地段，古建筑群，复杂地形缺乏最新的遥感测绘资源来为城市管理者、研究机构等提供技术支持。其中卫星遥感影像数据存在周期长、时效难以保证的问题，数据采集实时性较差且易受云层的影响；有人驾驶飞机的普通航空遥感方法可获取较高分辨率的影像，但受我国严格的空域管制和气候等因素制约，对时间要求紧迫的监测任务较难保障，且成本较高。

随着信息技术及航空摄影测量技术的飞速发展，低空无人机遥感测绘及自动建模技术不仅具有机动快速、使用成本低、地形环境适应性强、安全风险小等技术特点，而且可以获取目标物形体、材质、环境等多方面的高精度影像数据，可以便利地制作传统村落所处空间的大比例尺地形图，并快速识别、重建地表建筑物的三维空间模型。

无人机倾斜摄影实景建模技术（简称“实景建模技术”）是近年国际测绘遥感领域发展起来的一项高新技术，主要原理为通过在飞行平台上搭载一台或多台倾斜摄影相机，同时从垂直、倾斜等不同的角度采集影像，通过专业软件进行解析空中三角测量、几何校正、同名点匹配、区域网联合平差等处理，最后将平差后的数据（三个坐标信息及三个方向角信息）赋予每张倾斜影像，使得他们具有在虚拟三维空间中的位置和姿态数据，合成高精度三维模型。

倾斜影像即可进行实时量测，每张斜片上的每个像素对应真实的地理坐标位置。能有效的辅助投标勘探、土方计算、进度汇报、辅助场布等工作。

目前使用的计算机的内存是8GB DDR4 2133MHz ，显卡是NVIDIA Geforce 940MX，在使用Agisoft PhotoScan Pro 1.27 软件对所拍摄的照片进行分析处理时需要在瞬间提供大量内存空间，并且对于显卡的要求很高。最好使用服务器类型的主机对图片计算密集点云，纹理的分析。

采用小型无人机利用相机摄影的方法对地面建筑或部分地形进行计算分析。对于建筑物内部或在照明条件不良时，无人机所拍摄的影片会产生大量噪点对后期的图像处理和数据分析带来误差，当发生这种情况时需要人工测绘加以辅助，以提高无人机解析信息的精度，提高测控的可靠性。

通过分析三维建筑模型建设现状和模型成果的缺陷可知，现状三维城市模型需要改进的方面有：

1) 几何修复：对破洞进行修补，凸包抹平并还原，删除飞面等碎部。

2) 细部整饰：重要地物和标志物的三维模型整饰或替换。

3) 纹理修补：替换和修补不均匀纹理、清晰度不够的纹理等。

实际上，纹理映射和曲面平滑始终伴随着几何修复的过程，如何在几何结构修复的同时提高从倾斜影像中提取纹理的速度，是目前主要的问题之一。