D2000 оснащен модулем наклонной камеры D-OP4000 для содействия строительству «умного города» в центре Шанхая.

В условиях непрерывной трансформации и модернизации «цифрового города» нашей страны в «умный город», применение ГИС на основе двухмерных векторных данных стало испытывать трудности в удовлетворении потребностей интеллектуального управления городом. Важной задачей национального базового картографирования и геодезии в период «14-й пятилетки» стало создание трехмерной городской платформы, которая могла бы обеспечить трехмерную основу для комплексного управления природными ресурсами и управления «умным городом», а также предоставить базовые данные и информацию для городского планирования, управления, противопожарной защиты, реагирования на чрезвычайные ситуации, мониторинга экологической обстановки и т.д. Поэтому быстрое и точное получение трехмерных данных в географическом пространстве стало важной поддержкой для создания трехмерной модели реального Китая. Благодаря своей эффективности и гибкости в сборе данных, аэрофотосъемка под углом с помощью БПЛА стала важным способом получения данных под углом.

Однако, по сравнению с профессиональными аэрофотокамерами, она имеет меньшую нагрузку и меньшее фокусное расстояние. Получение высококачественных изображений с помощью наклонной фотосъемки с БПЛА в центральной части города с множеством высотных зданий и большими перепадами высот стало технической проблемой в области городской наклонной фотограмметрии с использованием БПЛА. В данном исследовании используется квадрокоптер Pegasus D2000, оснащенный модулем наклонной фотосъемки телеобъективом D-OP4000 (фокусное расстояние: 40 мм для съемки сверху, 56 мм для съемки сбоку), для изучения сбора данных и создания трехмерного изображения реальной сцены с помощью наклонной фотограмметрии с использованием БПЛА в центральной части мегаполиса.

Диапазон изучаемой области

Исследуемая территория расположена на северном берегу реки Хуанпу в Шанхае, рядом с улицей Нанкин. Здесь находится знаменитый Шанхайский музей международной архитектуры. Остальные здания высотой более 100 метров относительно небольшие, поэтому необходимо получать высококачественные аэрофотоснимки с помощью БПЛА, снятые под углом, что крайне сложно.

Фотографии высотных зданий в исследуемой области.

Технический маршрут показан на рисунке 3. На основе данных цифровой модели рельефа (ЦМР) высот зданий в районе Северной набережной Шанхая, цифровая модель рельефа PHOTOMOD используется для ручной корректировки ЦМР. Для некоторых зданий высотой 320 и 260 метров были выполнены полеты с изменением высоты.

Искусственный ландшафт

Цифровая модель поверхности исследуемой территории показана на рисунке 4. Высота зданий варьируется от 3 до 320 метров, а самое высокое здание, «Магнолия», имеет высоту 320 метров. Используйте модуль редактирования ЦМР PHOTOMOD для ручного редактирования и изменения модели ЦМР, чтобы центрировать ее на здании «Магнолия» (расширение на 100 метров) с высотами 80 метров (красный), 50 метров (светло-желтый), 30 метров (желтый) и 10 метров (зеленый) на ступенчатом рельефе.

Планирование маршрута

Согласно искусственно смоделированной местности, полет на заданной высоте осуществляется на высоте 319 метров, а максимальная высота полета над площадью Магнолия Плаза составляет 400 метров. Перекрытие курсов 80%, боковое перекрытие 70%.

Расположение и измерение контрольных точек изображения

Поскольку территория обследования расположена в центральной части города, в рамках данного проекта опорные точки и контрольные точки располагаются на расстоянии 200-300 метров друг от друга. В качестве контрольных точек используются существующие пешеходные переходы, ступенчатые повороты и т.д., а для измерения координат контрольных точек используется метод измерения RTK с помощью мобильной станции CORS. Всего размещено 50 контрольных точек и контрольных точек.

Карта измерения и распределения опорных точек на местности

Полёт дрона

Поскольку зона съемки расположена в центре Шанхая, электромагнитные помехи достаточно серьезны. Для поддержания связи между дроном и наземной станцией в качестве точки взлета была выбрана вертолетная стыковочная станция на крыше 260-метрового здания Raffles Building. Взлет с крыши имеет два преимущества: (1) Эффективное расстояние связи между наземным БПЛА и наземной станцией в центре города составляет около 1 км, но на вершине башни Raffles City гарантируется нормальная связь между летательным аппаратом, что удобно для решения особых ситуаций и гарантирует безопасность полета; (2) Поскольку нагрузка D-OP4000 больше, чем у ортофотоаппарата и D-OP3000, полет с крыши 260-метрового здания позволяет минимизировать энергопотребление БПЛА во время набора высоты и улучшить качество наклонной фотосъемки с помощью БПЛА. Время полета. Площадь зоны съемки составляет около 5,46 квадратных километров, всего было совершено 4 вылета. Представлены фотографии полевых работ.

операции по полетам БПЛА

Вид на панораму набережной Северного берега в Шанхае.

Боковые виды Северной набережной были получены последовательно вдоль центральной линии русла реки Хуанпу, а затем все боковые виды были объединены в карту панорамы набережной в Шанхае, как показано на рисунке 9. Благодаря созданию карты панорамы, хорошо показан прекрасный ландшафт Музея архитектуры Ванго на северном берегу реки Хуанпу в Шанхае. Это предоставляет отличные материалы для планирования городского строительства, а также для охраны и демонстрации исторических зданий в Шанхае.

Реставрация и сохранение исторических зданий

Набережная Бунд известна как Музей международной архитектуры в Шанхае, поэтому вопрос ее защиты и реставрации является важным в городском строительстве Шанхая. В качестве примера можно привести здание «Шанхайский особняк» (ранее известное как «Бродвейские особняки»), спроектированное известным британским дизайнером Франсуа в 1934 году. Например, с помощью аэрофотограмметрии с использованием беспилотных летательных аппаратов мы можем точно определить размеры фасада и проектные параметры «Шанхайского особняка», а также разработать визуальные эффекты реставрации и план защитных работ на основе реальной 3D-модели здания.

Данное исследование проводилось в центре Шанхая, где много высотных зданий и сложная электромагнитная обстановка. Оно является весьма показательным примером применения концепции «умного города» и наклонной фотограмметрии в масштабах всей страны. В исследовании креативно использована схема высотной съемки для искусственного моделирования изменений рельефа местности, а также высокопроизводительные характеристики полнокадрового телеобъектива D-OP4000 (40 мм). Это позволило решить проблему многократных полетов в центральной части города, что не только повысило эффективность наклонной аэрофотограмметрии, но и обеспечило качество сбора данных. Основные выводы следующие:

(1) Искусственно смоделированный полет с изменением рельефа: высота городских зданий искусственно оптимизируется и моделируется в рельефе местности, а затем в сочетании с планированием и проектированием маршрута БПЛА с изменением высоты решает проблему непостоянного разрешения полета при моделировании города с помощью БПЛА и необходимости многократного облета одной и той же обследуемой территории в зависимости от высоты этажей. Это не только повышает эффективность сбора данных, но и обеспечивает их качество;

(2) Взлет с крыши с помощью телеобъектива: Из-за большого количества этажей в центральной части города сложно получить изображения высокого разрешения с помощью обычных камер с обычным фокусным расстоянием. Например, самое высокое здание в этом районе исследования имеет высоту 320 метров. Для получения изображений с высокой частотой кадров высота полета составляет около 191 метра, а вблизи высоких зданий высотой 260 и 320 метров высока вероятность возникновения опасных ситуаций, поэтому при планировании полета необходимо учитывать разные высоты в зависимости от высоты здания. Обычно мы говорим, что таких случаев много. Но в данном исследовании камера с большим фокусным расстоянием (40 мм) позволяет получать данные с тем же разрешением (3 см) на большей высоте полета (319 м). При этом точка взлета расположена на крыше здания высотой 260 метров, что не только решает проблему сильных электромагнитных помех для полетов БПЛА в городе, но и повышает эффективность полета БПЛА по заданному маршруту и ​​сокращает время набора высоты.

(3) Изучение сценариев применения реальной 3D-модели: в данном исследовании с помощью данных городской 3D-модели реальной сцены был извлечен силуэт северного берега реки Хуанпу, и эта реальная 3D-модель была использована для измерений и проектирования схемы при подготовке плана защиты и ремонта зданий в Шанхае, что обогатило сценарии применения реальных 3D-моделей.