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基于运动补偿的云台控制器将无人机速度和机体角速度输入 (1/3)

更新时间:2021-11-13        栏目:汽车        点击量:         提示:点击图片可进入下一页

文章以广西宁明花山岩画为例,基于贴近摄影测量技术来实现户外大型文物数字化,解决大型户外诸如佛窟、岩画、雕塑、古代建筑等文物高精度、三维数字化的难题,为贴近摄影测量应用于地质灾害、建筑、应急指挥、桥梁监测、智慧矿山、水利水工监测等提供参考。笔者运用贴近摄影测量技术来实现花山岩画的数字化。为了安全有效地实施贴近摄影测量,作业前必须先规划一组常规的航线来获取准确的地形数据——粗模。

罗飞

[概括]

本文以广西宁明华山岩画为例,基于贴近摄影测量技术实现户外大型文物数字化,解决高精度、三维数字化问题。佛教洞窟、岩画、雕塑、古建筑等大型户外文物,用于近距离摄影测量的应用 为地质灾害、施工、应急指挥、桥梁监测、智慧矿山、水利水利等提供参考监控等

【关键词】

文物数字化;无人机;接近摄影测量;路线规划;3D建模;文物保护;宁明华山

文物是人类在社会活动中留下的具有历史、艺术和科学价值的文物和文物,是人类宝贵的历史文化遗产。文物数字化对文物保护具有重要的历史和现实意义。可以缩短人们对文物的理解和欣赏的距离。也是公众参与教育和价值建设的基础汽车摄影全图,也是世界参与文明互鉴的基础[1]。但是,岩画、溶洞等大型户外文物的数字化很难实现。一方面受到空间障碍的限制,另一方面受到数字采集技术的限制。

近年来,随着无人机技术的飞速发展,为实现大型户外文物数字化提供了技术支撑。无人机有两种技术:一种是云台姿态控制技术。安装在云台上的摄像头可用于基于视觉的小型无人机目标跟踪定位,分析无人机平移和旋转对目标在图像平面上成像的影响,推导出机体角速度与目标角速度之间的转换矩阵。云台姿态角速度,基于运动进行设计 补偿云台控制器将无人机速度和机身角速度引入云台控制器输入,补偿由云台引起的摄像机视线变化无人机的运动,并利用目标在图像平面中的位置偏差来校正相机跟踪误差。仿真实验表明,所设计的云台控制器可以提高目标跟踪精度,减少云台抖动[2]。另一种是航测高精度定位技术,即RTK测量技术。RTK(real time kinematic)测量系统由GPS接收设备、数据传输系统和动态测量软件系统三部分组成。RTK 测量技术基于载波相位观测。可实时获取测量站在指定坐标系下的三维定位结果,具有厘米级定位精度[3]。

近距离摄影测量是由武汉大学遥感信息工程学院张祖勋院士于2019年提出的。近距离摄影测量被称为不同于垂直航空摄影测量和倾斜摄影测量的第三类摄影测量。近距摄影测量是利用拍摄设备靠近物体表面进行拍照,获得(亚厘米级)高清图像,并进行摄影测量处理,从而恢复物体的精确坐标和精细形状结构。重建精细的三维模型,弥补了其他摄影测量的失败。达到的精度要求 [4-5]。

华山岩画位于广西崇左市宁明县左江名江段。文物区占地面积6621hm2,已有2000多年的历史。岩画分布广,难画,雄伟。它们在国内外均属罕见,具有很强的艺术价值和重要的考古研究价值。作者利用近距离摄影测量技术实现了华山岩画的数字化。

1 设备

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1.1 硬件设备

拍摄硬件设备:大疆经纬M3OOR+禅思P1航测相机1台,Phantom 4 RTK 1台。这两款大疆无人机具有飞控稳定、功能强大、RTK定位准确等优点。同时,为了及时处理现场数据,笔者还配备了2台高性能移动PC工作站。

1.2 软件应用

本次拍摄使用的软件包括DJI Map和WayPoint Master。DJI Maps是一款提供自主航线规划、飞行航拍、2D正射影像和3D模型重建的PC应用软件。可以帮助用户全面提升航测内外部作业效率,将真实场景转化为数字资产。

航点大师(WayPoint Master)是一款大疆无人机倾斜摄影测量专业课程定制软件。具有独特的跨界路线,如环形路线、地面路线、地表路线、变坡路线、高程路线、激光雷达航路、电力路线等,可满足多种场景的需求。

2 技术难点分析

作业区悬崖临江,崖身呈南北向弯曲,宽250 m,高150 m。岩画粗略分布于距河面8~35m高的白色岩体表面。竹丛和7-8 m高的杂木沿河不规则分布。悬崖上有灌木和草丛,飞行条件复杂。高耸和凹陷的垂直悬崖对无人机PGS信号的接收影响很大,可能会导致无人机失去对卫星信号的控制,造成无人机坠崖和轰炸机的风险。为了安全有效地实施近距摄影测量,必须在作业前规划一套常规路线,以获得准确的地形数据-粗略模型。

标签: 无人机   无人机航拍  

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