无人机照片贴地实现

1. 引言

将无人机拍摄拍摄的影像作为底图可以实现快速甚至实时的更新，这对于应急指挥（如，森林防火）有着很大的意义

常规的做法是使用无人机拍摄一组照片，然后将这一组照片放入生产软件（如，ContextCapture）生产正射影像，然后地图切片发布

这里记录的是另一种做法，直接将无人机照片贴地，这种方式速度很快，几乎无需后台处理，照片细节完整保留，当然这种方式存在着误差，尤其地势起伏较大的地方可能并不适用

2. 实现过程

这里先有以下设定：

• 无人机拍摄的影像都是竖直向下的类似正射的照片（不是类正射的照片贴地视角会很奇怪）
• 无人机的朝向是正北方向
• 地面是接近于平面

无人机照片的位置关系如下图所示，可以根据这些数据快速简单地算出照片的贴地范围

笔者这里使用的无人机是大疆无人机型号H20T，参考大疆官网给出的H20T的数据：技术参数_禅思 H20 系列无人机负载_DJI大疆行业应用

这里的DFOV是82.9°（广角相机）

上图中的width和height是图片的宽高（单位：px），用以计算与斜边的角度

上图中的relative altitude是相对高度，表示地面与无人机（相机）的距离

width、height和relative altitude都可以直接从照片中读取

要进行计算还有一点需要做的，就是把经纬度坐标转换为投影坐标系下的坐标，计算后再将投影坐标数据转换为经纬度，这样就完成了计算

详细的代码实现如下：

/**
 * 根据照片的数据信息，将照片粘贴到地图上（最好是正射照片，无人机指向正北方）
 * @param imgWidth 图片宽度（像素）
 * @param imgHeight 图片高度（像素）
 * @param distance 相机与地面的距离（米）
 * @param url 图片的URL
 * @param latitude 照片中心点的纬度
 * @param longitude 照片中心点的经度
 * @param dfov 相机的视场角（默认为82.9）
 */
function pasteImageByHeight(imgWidth, imgHeight, distance, url, latitude, longitude, dfov = 82.9) {
 
  console.log(imgWidth, imgHeight, distance, url, latitude, longitude, dfov)
 
  const thisDistance = parseFloat(distance)
  if (isNaN(thisDistance) || thisDistance <= 0) {
    globalAlert("照片与地面的距离信息有误")
    return
  }
 
  const thisLatitude = parseFloat(latitude)
  const thisLongitude = parseFloat(longitude)
  if (isNaN(thisLatitude) || isNaN(thisLongitude)) {
    globalAlert("照片的经纬度信息有误")
    return
  }
 
  const hypotenuse = distance * Math.tan(dfov / 2 * Math.PI / 180)
  const angle = Math.atan(imgHeight / imgWidth)
  const halfWidth = hypotenuse * Math.sin(angle)
  const halfHeight = hypotenuse * Math.cos(angle)
  const projCrs = "+proj=utm +zone=51 +datum=WGS84 +units=m +no_defs"
  const projectedPos = Proj4("EPSG:4326", projCrs, [thisLongitude, thisLatitude])
  const [x, y] = projectedPos
  const leftTop = Proj4(projCrs, "EPSG:4326", [x + halfWidth, y + halfHeight])
  const rightBottom = Proj4(projCrs, "EPSG:4326", [x - halfWidth, y - halfHeight])
 
  console.log(leftTop, rightBottom)
  console.log({ xmin: rightBottom[0], xmax: leftTop[0], ymin: rightBottom[1], ymax: leftTop[1] })
 
  const imageLayer = new mars3d.layer.ImageLayer({
    name: "无人机航拍影像",
    url: url,
    rectangle: { xmin: rightBottom[0], xmax: leftTop[0], ymin: rightBottom[1], ymax: leftTop[1] },
    zIndex: 20,
    opacity: 0.6
  })
  map.addLayer(imageLayer)
  
  map.flyToExtent({
    xmin: longitude - 0.001,
    xmax: longitude + 0.001,
    ymin: latitude - 0.001,
    ymax: latitude + 0.001
  }, {
    duration: 1
  })
 
  return imageLayer.id as string
}

最后实现的效果：

下面是可以优化的一些地方：

• 将图片保存到Rectangle Entity中，然后统一保存到一个Layer里，减少图片过多时的性能下降
• 将图片保存到Rectangle Entity中，然后可以Rectangle Entity进行旋转，这样就无需让无人机保持正北朝向

3. 参考资料

[1] 功能示例(Vue版) | Mars3D三维可视化平台 | 火星科技

[2] 功能示例(Vue版) | Mars3D三维可视化平台 | 火星科技