三维实景建模在水利工程测量中的应用
三维可视化技术诞生于20世纪80年代,作为一种集图像显示、计算机图像处理、素描等多种处理方式为一体的技术,三维可视化技术被广泛应用于地质测绘等专业,本文就三维实景建模在水利工程测量中的应用展开探讨。 1、三维动态可视化技术的发展现状现阶段随着经济发展和市场需求的稳步提升,三维可视化技术的发展速度逐年上升。市场需求不仅促进了三维动态可视化技术的广泛应用,还推动了可视化工具等三维可视化相关仪器的研发,例如OpenGL和DirectX。其不仅作为现阶段最大的3D图像(3Dimensions)的应用程序接口,而且实现了3D图像的底层设计。随着经济的发展推动,现阶段国内外的三维可视化应用程序层出不穷,例如AVS(信源编码标准)、VRMap等。这些软件促进了三维动态可视化技术的应用率提升。将三维动态度可视化技术与水利工程建筑相结合来看,三维动态可视化技术是服务于水利工程建设的,其实际数据对水利工程进行的实际检测所产生的数据可以真实宏观地反映水利建设的真实情况。三维动态可视化技术的本质就是通过图像和图形的方式对方针计算过程的追踪与追踪结果的处理分析。把三维可视化技术广泛应用于水利工程建筑不仅能够降低工作人员的工作量,而且数字化的检测分析平台和科学的检测数据增加了检测工作的安全性。通过数据进行仿真建模分析,可以对施工环境进行仔细分析,避免因为施工场地的测量漏洞导致施工后期频频出现问题。 2、三维实景建模在水利工程测量中的应用 2.1 数据管理模块数据管理模块起到调用空间数据库以及属性数据库的作用,通过该模块实现对数据的多重管理以及各类属性数据的整合。它包含多种数据类型和数据组织方式,每种数据间都存在着不同的拓扑关系,并且数据库包含了空间数据的时间序列,记录了对象随时间的状态变化。整体的数据管理模块是系统实现的基石。 2.2 水闸水下冲坑监测水下部位的止水失效、闸基土流失、结构断裂、冲坑和塌陷现象是造成水闸地基渗流异常和闸水流流态异常的主要原因。为了避免此类现象频繁发生而造成人民群众生命财产的较大威胁,不仅在前期的施工和中期的质检验收中严格把关,在水利工程投入使用后也要进行定期质检。我国境内大量水利工程建筑需求和现存的大量水利工程不仅增加了水利工程的建筑施工工作量,而且加深了投入使用的定期检测的检测工作量。现阶段通过科技手段对水利工程建筑进行监控,通过监控数据进行科学检修。这种方法的使用不仅节省了定期检测的人力成本和物力成本,而且相较于传统的检测方式,科技手段测量的数据更加全面准确。例如,一个运行多年的水库,因为下流水流的冲坑对水闸的安全运行有较大影响。在进行维修之前的数据监测中需要几十条的测量数据,人力测量不仅费时、费力,而且测量产生的误差较大。但是使用三维动态可视化技术进行测量不仅可以得到准确的数据,而且可以绘制出精确形象的三维可视化图帮助维修。 2.3 检查数据完整性对无人机航拍生产的数据分别从质量上和数量上进行初步检查,对航拍不能覆盖到的闸区细部进行手动补充拍摄,对逆光曝光不足的照片调整曝光到合适值。为了提高建模速度,在保证建模精度的前提下,可以适当降低照片分辨率。 2.4 地下连续墙质量监测在水利工程中,对于地下连续墙的质量检测主要以高频弹性脉冲波的波形记录作为依据。在湖区探测检查区域内不同的混凝土密实度参数后,将这些信息参数进行信息处理加工,然后通过三维可视化一起进行质量检测。这样不仅能够较为直观地进行地下连续墙的展示,而且可以通过形象直观的可视图进行地下墙的质量分析。此项方法常用于堤防加固工程,主要方法是采用切槽混凝土对地下墙进行加固防渗处理,在处理后采用三维高密度电法对加固范围的地下墙进行质量检测,检测结果一般采用voxler软件进行三维可视化效果图的绘制,通过分析三维可视化效果图,得到质量良好的结果后进行存档,以便于下次堤坝维修。如果分析结果出现质量问题,则采用科学方法进行加固,以保证加固后的堤坝可以投入使用。 2.5 可视化系统创建可视化系统创建可采用全过程动态仿真钟模型,设置两个“仿真钟”、“全程仿真钟”和“本地仿真钟”。全程仿真钟记录控制层模型的仿真运行轨迹,本地仿真钟记录实施层模型的仿真运行过程,两种仿真钟都采用时间步长推进法。通过仿真钟模型的建立,实现整体施工场景的漫游与可视化,呈现水工区域复杂场景下三维数字地形模型与遥感影像的融合,同时展现数字地形与三维水工建筑物模型的时空逻辑关系。针对水工区域三维可视化的不同表现要求,调整可视化界面的显示数据,通过VS与SQL数据库的联动,实现数据的实时更新。根据不同用户的需求改变可视化操作界面的显示窗口,提高用户体验感,达到人机交互的目的。 2.6 内部隐患监测水利工程并不是某一项工程的具体表达,水闸工程、水库工程、堤防工程等工程都是水利工程,这些工程长期处于水流与堤岸间干湿交替的恶劣环境,不仅前期的施工建设难度大于陆地建设施工建设难度,而且因为水流的冲刷后期容易出现各种各样的问题,为了保证树立工程建筑的实际作用,在投入使用后要对其进行定期检修工作。相较于传统检修工作耗费的巨大人力、物力,三维动态可视化技术这种以数据建模为技术的可视化技术不仅在检测结果的准确性方面有较大提高,而且有助于基础数据信息向标准涂层化信息的转变,这就是图层可视化的基本原理。与传统的基础图像可视化相比,图层可视化对于水利建筑内部的基础情况可以清晰展现,从而在检修工程中通过全面的水利工程基础信息进行针对性地加固或者维修,不仅可以合理解决内部隐患,而且增加了水利工程的使用寿命。 结语三维动态可视化技术在水利工程专业起着至关重要的作用,通过逼真的场景呈现和精确的数据拟合以及友好的人机交互技术,使得用户体验感大幅度提升,技术人员和管理人员的工作效率大幅度提高,为国家发展水利工程事业提供了导向作用,为保障沿岸人民生命财产安全提供了帮助。在日后工作中,三维动态可视化系统仿真技术将是一个重要的研究方向,水利技术与其技术的结合也将会使国家水利走向另一个高峰。本文《整理发布,如需转载,请注明出处及链接:https://www.dayancloud.com/news/post-id-1208---相关阅读推荐:
2021-12-08 06:41:12
无人机倾斜航空摄影在三维实景建模中的应用
在无人机传统倾斜摄影建模系统运行过程中,主要是在工作面中心进行相机的垂直竖立。随后沿四个方向分别布设一光轴与水平面成450的相机,上述布设方式虽然可以获得多张影像,但是不同角度影像覆盖度、重叠度较高,额外工作量较多,再加上无人机飞行中倾斜角度控制问题,导致实际运行效益不佳,因此探究无人机倾斜摄影实景建模新方式具有非常重要的意义。 1、无人机倾斜摄影的优势 1.1 精确性能够借助无人机的视野优势以及特殊的摄影技术对城市中实际的地形地貌、建筑物以及道路交通情况进行准确测量,准确到将建筑物的位置、尺寸、高度以及外观等数据全部获取并显示出来,最大限度的反映出城市中物体的真实参数。无人机倾斜摄影和传统的摄影技术有显著不同,在城市三维模型的建立过程中应用无人机倾斜摄影技术能够快速高效的完成建模任务。 1.2 低成本性原始的城市三维模型建立过程首先需要对地面的各种物体进行参数测量,测量所得到的数据还需要很多技术人员花费大量的时间将其转变为建模所需的数据,期间要进行大量的数据校准工作。如果一些数据信息采集有误,则需要重新进行地面物体参数测量工作,在此期间由于技术落后而产生了大量的重复性工作,花费巨额的经济成本。而无人机倾斜摄影技术则在传统测量技术上实现了突破,在采用无人机倾斜摄影进行城市三维模型建立时,地面物体数据测量工作和城市认为模型建立工作几乎可以同时完成,节省了大量的人力、物力。除此之外,无人机倾斜摄影在完成地面物体空间测量工作的同时,还能得到很多其他类型的相关数据,这也为城市建模工作的横向发展和纵向延伸奠定了基础。 1.3高效率性显而易见的是,利用无人机倾斜摄影测量技术能够极大程度的提高城市三维建模的效率,简化了工作流程,可以说在城市三维建模领域中是一种技术革新,这使得原来并不准确的城市三维模型建立过程变得精确,使得复杂的建模工作得以简化,为建模的后续工作提供了强有力的技术支撑。 2、无人机倾斜摄影技术要点多视影像联合平差技术是无人机倾斜摄影技术中第一个技术要点,利用多视影像联合平差技术能够规避传统测量技术数据处理不灵敏的缺陷,在对影像遮挡问题的处理上游刃有余,测量过程中点和线的连接得到了明确,为城市三维建模提供了较高的数据准确性。无人机倾斜摄影技术的第二个技术要点是多视影像密集匹配技术,此项技术的应用使得地面物体影像测量的分辨率得以保证,借助于多视影像密集匹配技术还能够在一次测量中获取更广范围的地面物体参数信息,地面物体的边缘、侧面以及纹理信息等都能够进行整合而形成相对统一的二维数据,这些二维数据借助于多视影像密集匹配技术则能够转化为城市三维模型数据。在多视影像技术的帮助下,可以及时将地面建筑物的各类数据扫描表达出来,形成相对较为全面数字表面模型。但是在实际测量建设工作开展过程中,受到角度和尺度的差异,很可能出现建筑物遮挡以及阴影等现象。 3、无人机倾斜航空摄影在中的应用 3.1 起始数据的处理无人机倾斜摄影技术在应用中得到了各个行业的青睐,同时在技术中有着一定的重要保障。其中起始数据的处理在建立中始终处于三维建模以上,才能保证数据的精准性,同时也包括了POS数据的应用。在进行信息数据中的处理以及保存中,其旁向重叠度要保持在50%以上,航向重叠度要保持在80%以上。在进行数据存储管理中,要结合相机的视角进行拍摄,同时将拍摄的信息进行分类存储,以便于在后期检测发展中提升数据检测的精准性。另外,在进行起始数据保存以及处理中,当数据数量累计较大,会出现失真以及误差等问题,可以加入POS数据对拍摄影像进行控制。通过Smart3D专业软件也可以对数据进行分析处理,在利用该软件过程中,通过多角度对影像数据分析,并生成相应的高密度点云,在此基础上进行全自动纹理处理,准确并快速的生成城市中的三维场景。 3.2 空中三角测量无人机倾斜摄影中的测试摄影数据要保证测量的精准性,才能保证三维场景应用的精准性,然而对于传统的影像数据处理来说,应该应用同名像点自动量测算法,但是对于无人机倾斜摄影应用在测量中,在影像获取中,其数据不应单单只满足正视角度,其拍摄中的视角还应包括倾斜角度中的影像拍摄,所以在拍摄中传统的算法以及应用已无法满足拍摄中的实际需求。POS系统中的观测值可以作为多角度影像数据中的元素位置,并通过多个坐标中的信息,根据连接点进行相应的测量,经过区域网生成相应的报告,同时为图像自身的空间布局奠定坚实的基础保障。 3.3 密集点云的生成无人机倾斜摄影技术中的密集点就是通过多视影像的处理得到的模型DSM,有利于后续影响的生成。当获取到DSM数据后,要通过相应的滤波处理,同时还要进行数据匹配,直到最后得到DSM。当无人机摄影技术出现影像数据丢失的情况时也会影响三维建模,出现这种情况时,人工编辑人员要进行相应的控制,降低问题发生的概率。 3.4 构建TIN模型无人机倾斜摄影在模型构建中,要结合周围的实际情况构建相关模型。构建TIN模型时要对高密度中的点云数据进行相应的处理,为模型精准度的构建进行相应的数据处理,提升数据建立的精准度,保证后续工作发展构建的精准度,构建模型的顺序如下所示:第一,采集不同角度的影像信息,参考逐像素进行数据匹配;第二,通过多角度匹配冗余信息,在进行匹配过程中,一定要尽量避免并减少匹配带来的影响,提升算法中的同名坐标匹配率,更加方便与并行算法中的三维点数据;第三,TIN模型构建过程中,要从不同角度上进行模型的构建,通过三角网的优化对比下,将其内部的尺寸和原始影像进行相应的调整,同时对原始的分辨率进行调整,通过曲面变化进行不断优化和调整,最终获取TIN模型中的矢量架构。 3.5 自动纹理关联在科学技术的不断发展下,无人机技术在应用中实现了多种技术的相互融合,在发展中受到各个行业领域的广泛应用。无人机技术包含了自动纹理映射技术,无人机倾斜摄影技术在应用中主要基于瓦片技术,在进行应用过程中将整个建模区域分为多个大小的瓦片,每个瓦片中的大小瓦片建立起一个相应的任务,并计算出各个节点,在进行相应的配准,为带有纹理的模型建设多种细节,方便各个文件组织进行不断的优化,提升分层次的浏览效率,以便于更好的生成三维场景。 结束语综上所述,无人机倾斜摄影技术在城市三维建模中起到的重要作用不言而喻,与传统的城市地面物体测量和建模技术相比,该技术具有便捷性、高效性以及低成本性等优势。除城市三维建模以外,此项技术还有更为广泛的应用需求,应该予以大力推广。本文《整理发布,如需转载,请注明出处及链接:https://www.dayancloud.com/news/post-id-1206---相关阅读推荐:
2021-12-07 04:23:47
三维实景重建在地质灾害预警中的运用
灾害预警区域概况很多沿海城市及地区,由于地理位置及地质构造的影响,碧海环抱,地貌多山地丘陵,少平原低地,因此这样的地区是地质灾害较为多发的地区,可能发生的地质灾害以崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷为主,地质灾害常发生于震后及强降雨后,具有极高隐蔽性和危害性,在高陡斜坡的坡顶,通常会发育大量的风化卸荷裂隙,岩体被各类成因的结构面切割,处于欠稳定状态,突发地质灾害对公路、建构筑物及人身安全等具有极大的威胁。而且由于沿海城市环山而居的地理特点,很多建筑场地选择在岩土体边坡上,这些边坡天然条件下就存在着失稳问题,再加之人为因素的影响,灾害巳经或正在孕育。 无人机倾斜摄影及三维实景建模技术优势介绍近年来随着技术的进步,地质灾害防治工作中也引入无人机技术,利用无人机的高机动、易操作、可视化的特点,将其用于地质灾害应急调查中拍摄灾害体的变形特征等,并形成影像资料,但常规的无人机技术受限于其低续航性,以及人为操作的局限性,并不能记录到完整的、准确的变形体特征,因此,通过引入无人机倾斜摄影技术,只需设置航线飞行一次,利用软件生成三维模型,可以为应急现场指挥者、决策者展示一个更加直观、真实、立体、逼真的可量测的三维空间模型,为灾害体的稳定性及处理方案提供更有力的研判依据。另外,地灾的勘察和稳定性评估工作非常必要,但是地灾勘察一直属于工程难题。传统的勘察方法属于接触式、单点式调查,工程人员攀爬至危岩体位置处,采用工具测量危岩体结构面参数,工作效率低,工作量大,且由于攀爬困难,作业人员危险性又很高。但是通过构建三维空间模型,从而提取危岩体特征参数,为危岩体稳定性分析提供数据支撑。测量技术是以无人机为飞行平台搭载传感器设 备,来获取地面信息的遥感方式。其具有机动性强、获取数据快和数据精度高的特点,结合三维空间数据处理、建模和应用分析技术方法,既能够完成滑坡、泥石流、危岩落石等质灾害调查工作,又能结合最新的摄影测量技术完成岩性组合、结构面产状及卸荷带走向、宽度的识别,是在传统作业方式之上的重大突破。因此通过无人机倾斜摄影测量技术构建三维模型在地质灾害治理的应用上具有明显优势: (1)可以克服复杂地形、恶劣作业环境对传统的外业作业方式的限制,绝大部分区域都可以进行航拍; (2)可以极大提高地质灾害治理工作的效率和精度,可以对任意危岩进行空间尺寸及结构面产状测量。(3)技术输出成果的表现方式也较为多样,可以满足应用与科研等多层次不同目的的工作需要(4)工作人员不需要攀爬作业,风险小,工作方式实现从外业到内业的工作转化。 无人机倾斜摄影及三维实景建模技术工作流程及实例分析 数据采集及三维实景建模技术流程可分为无人机倾斜摄影数据获取和实景三维建模两个部分。无人机倾斜摄影是集航空技术、材料科学、导航定位技术、测绘技术、微电子技术、自动化控制技术、计算机图像处理技术等于一体的新型摄影测量技术。同时从一个垂直、多个倾斜视角不仅可以获取地表地物顶部信息,还能获取立面详细的轮廓和纹理信息。采用处理软件软件进行模型空三加密及三维建模,整个建模过程人工干预量少。具体步骤包括: 、几何处理、三角网构建、自动赋纹理等。利用无人机倾斜摄影测量采集得到的数据,建立了全景三维模型,并同时能够获得大量高分辨率的影像图片及正射影像图等成果。 基于三维实景模型的应用(1)基本应用运用三维实景模型进行内业处理后可以制作摄区地形测绘成果,也可收集变形监测基础资料。可以根据正射影像图确定边坡高差,确定边坡影响范围,了解坡体表面覆盖情况及荷载情况,对进行变形监测的位置布设变形监测点。(2)危岩分析采用专业软件即可获取三维模型在CGCS2000坐标系,空间点坐标参数。可通过测量空间点坐标参数,采用空间三点坐标法计算得到结构面产状要素(倾向、倾角)。同时通过专业软件,在室内即可完成结构面填充情况、结构面张开度、结构面发育密度等清晰识别。通过上述手段,可以实现基于高清三维模型的陡坡危岩几何尺寸、具体坐标高程、高差、结构面特征等要素的定量化勘测,得到关于该陡坡危岩区段内任意一个危岩体的准确几何特征、空间特征和地质特征。因此可以对陡坡危岩的稳定状况、与母岩剥离后破坏能量的大小进行准确计算,量化后的数据可以为监测、治理等提供参数。 总结根据上述技术介绍及实例展示,倾斜摄影测量及三维实景建模技术生成一个直观、真实、立体、逼真的三维模型,可以在室内通过细致研究模型特征、测算规模等,进而全面掌握灾害体的变性特征,为决策者提供一个可靠的研判依据。 灾害预警具体实施方案对于灾害预警的实施方案的主要内容:运用倾斜摄影测量与三维实景建模完善原现场查看,人员攀爬勘察测绘的技术方法,实现地质灾害工作从二维平面到三维立体的转换。在新技术应用方面的人员组织机构及仪器设备安排要符合作业要求,无人驾驶航空器外业操作人员要具备操作资格,有专业合格证,内业处理人员可以熟练运用ContextCapture Center、Smart 3D、EPS等建模及三维数据处理等软件。新用户注册大雁云-实景三维重建平台,即可获取价值200元新手券~针对灾害预警区域具体实施方案概述如下:(1)在地质灾害发生后第一时间赶往灾害发生现场,并由项目负责人组织进行现场踏勘,资料收集进行现场情况预判;(2)联合地灾、勘察及测绘专业专家对已有资料进行分析,并迅速制定工作实施方案,建立人员组织机构;(3)按照方案设计的航摄区域、航线、航摄比例尺等参数,由专业人员采用无人机进行现场倾斜摄影测量,采集现场数字图像;(4)外业及内业作业人员根据现场的采集资料进行三维实景建模,根据需要进行不同形式的成果整理与输出;(5)将最终的输出成果提供给单位领导与各专业专家进行地质灾害现场评估、勘地质灾害察与治理。本文《整理发布,如需转载,请注明出处及链接:https://www.dayancloud.com/news/post-id-1203---相关阅读推荐:
2021-12-03 03:39:11
浅谈实景三维模型在城乡规划中的应用
在自然资源部信息化建设总体方案中也明确提出要建立三维自然资源一张图,当前作为自然资源体系下的城乡规划,也应该实现各项国土空间规划由二维向三维转变。 倾斜摄影技术传统的三维建模制作工艺主要是用影像或者线画图作为底图,纹理贴图一般现场拍照,建筑高度信息依赖已有的数据或者直接估算,存在建模周期长,模型精度差和与实景差距大等缺点。是近些年来发展的新型航测技术,其主要原理是通过旋翼、固定翼等飞行平台搭载多镜头传感器,从而实现从垂直和倾斜角度同时对影像进行采集。采用多旋翼搭载五拼镜头,可以方便快捷的实现一个垂直和四个倾斜角度同时采集高分辨率影像数据。 实景三维重建优势 1、高分辨率实景纹理、反映真实世界基于倾斜摄影的实景三维能真实的反映现实世界,模型形态和色彩近乎对真实地物地貌的复制。可以从不同角度对目标进行观察,弥补了传统三维建模不真实以及正射影像二维平面的缺点。 2、高精度空间信息、可量测性基于高分辨率影像和控制点的三维重建可以获得具有可量测的高精度三维模型,基于第三方软件,可以方便的进行三维高度、长度、面积等量测。 3、高效率作业模式、保证数据现势性基于多旋翼等超低空飞行平台的倾斜摄影,方便快捷,使得实景三维重建周期短、现势性强,能够满足城市规划对底图的现势性要求。 在城乡规划中的应用 1、三维辅助规划决策在城市和乡村的重要项目中,一般会设计多个方案供选择决策,传统的方案对比依赖于城乡规划人员的经验,而基于实景三维的规划决策则把规划方案放到真实的城市里。对方案涉及的城乡环境进行倾斜摄影三维重建,然后把多个设计方案模型化后置于实景建模后的环境中,城乡规划人员、专家等决策者可以多角度的对不同方案进行三维浏览对比分析。能够基于三维空间对规划方案进行淹没分析,天际线影响分析、日照分析、市容市貌分析等,能够直观的分析规划方案对现有的城乡空间带来的利弊,有利于城乡规划人员、专家和领导决策者对不同的规划设计方案进行研讨与最终方案的评审。 2、项目进度管理在规划项目落地后,项目建设周期和施工进度管理就成了重点,尤其是关乎民生的重大项目,其建设进度是城乡规划管理和市政府的重要关注内容。传统的项目进度管理体现出来的一个个不直观的数据,而采用倾斜摄影技术定期对建设项目进行数据采集,生成现势性强的实景三维模型,可以直观清晰的反映项目的建设进度,并且可以对项目建设工地安全状况等进行评估。 3、规划竣工验收传统的城乡规划竣工主要是基于传统测绘技术进行竣工测量,得到二维线画图和规划核实数据,存在周期长、成果单一等缺点,而采用倾斜摄影技术,可以得到实景三维模型、真正射影像、点云等数据。基于实景三维可以进行线画图生产、规划竣工核实数据量测、立面生成等,成果丰富且测量周期短。配合激光点云等技术手段,可以对建筑室内进行建模,规划管理人员可以基于室内外一体化的实景三维对未竣工验收项目的建筑风貌、建筑高度、日照影响等进行管理。 4、违建管理在项目竣工验收之后,违建管理也是一大难题。城乡管理人员采用的传统手段一般是对管理区域进行周期性的巡逻,效果不佳且耗费大量人力物力,并且对于屋顶违建等目力不可及之处更是鞭长莫及。而采用倾斜摄影手段,可以快速获得可量测实景三维模型,可以定性判别已建和在建的违法建筑,并且定量分析违建建筑的面积、层数等空间信息。 结语基于倾斜摄影的实景三维重建能直观的反映真实世界,并且具有真实准确的地理坐标,在城乡建设的规划设计、规划项目管理、规划竣工验收、违建管理的整个过程中都能发挥重要作用,随着技术的发展和进步,在城乡规划管理和决策过程必将发挥更大的作用。本文《整理发布,如需转载,请注明出处及链接:https://www.dayancloud.com/news/post-id-1202---相关阅读推荐:
2021-12-02 07:14:41
无人机倾斜摄影的城市三维建模方法优化
传统的三维城市模型生产制作是结合遥感影像图和地形图来得到精确、逼真的建筑物模型、道路模型及其他景观小品模型,将组成城市要件的各类三维模型集成为三维城市场景。这种方法适合于普通精度的三维城市建模,但是对于高精度、高仿真、大区域的建模,传统方法势必需要投入更多的作业人员,其建模速度、效率及时效难以满足三维城市的应用。三维城市建模也可以利用三维激光扫描获取地面三维几何数据,运用激光测距原理快速建立物体三维模型,但是该方法不能解决纹理数据获取和处理的问题,纹理贴图依然需要依靠大量人机交互来完成,无法提高城市三维建模效率和城市三维模型的逼真度。 一、 无人机倾斜摄影测量技术1. 无人机技术无人机是利用无线电遥控和自动程序控制的无人飞机或飞行器,包括固定翼、多旋翼、飞艇、直升机等多个机种。无人机具有机动、快速、经济的优势,其结构简单、机体重量轻、使用成本低、数字化和智能化程度高,应用范围和领域更为广阔,在快速获取国土资源、自然环境、应急救灾现势数据及测绘领域有着突出的效率和优势。2. 随着航空摄影技术的创新和发展,倾斜摄影测量技术扩大了遥感影像的应用范围,颠覆了传统航空摄影只从正摄角度采集影像的方式,其运用多角度相机同步获取地面物体各个角度高分辨率的航摄影像。运用倾斜摄影测量技术生产的三维模型真实地反映了符合人眼视觉的城市场景,它结合GNSS技术,将三维城市纳入城市地理信息框架,展现出全面丰富的地理信息,在提升用户体验度的同时大大降低了三维城市建模的成本。无人机倾斜摄影测量技术特点如下:1)无人机飞行高度低,多角度相机组能够多方位、高覆盖获取地物顶面、侧面影像数据。2)相邻影像间航向重叠度和旁向重叠度高,影像表达内容丰富。3)少量的人工干预,自动化的影像匹配、建模,主要过程由计算机完成。4)实体侧面纹理可见:传统的数字正射影像图主要获取实体顶部纹理,而倾斜摄影技术能够同时映射侧面纹理。5)综合成本低:无人机倾斜摄影测量技术在数据采集和城市三维模型生产方面具有更高的效率,可以减少时间和人力成本。3. 国内外发展情况无人机出现于1917年,早期无人机主要应用于军事领域,用于作战、侦察和民用遥感。20世纪80年代以来,随着计算机技术、通信技术的发展及各类硬件传感器的面世,无人机性能得到不断提高,应用范围和领域不断拓展,续航时间和载荷重量大幅提高。本文探讨了摄影测量技术在三维城市建模过程中的各个关键技术环节,充分利用大量倾斜影像以实现城市的三维模型建设。HereMap面向全球发布了柏林、米兰、马德里、洛杉矶等城市的高分辨率倾斜摄影三维城市模型。其发布的所有倾斜模型都是利用低空飞行器包括无人机采集的倾斜影像重建而成,大区域的倾斜模型被分割为均匀的区块,建立细节层次模型并发布至网络,使用户能够在线浏览城市实景三维模型。我国的武汉、上海、天津、柳州等多个城市已经开展了基于无人机倾斜摄影测量技术三维城市的研究和模型生产,倾斜摄影测量城市三维建模技术已经用于可视化、城市空间规划和辅助决策等。 二、 基于无人机倾斜摄影的三维城市建模方法分析中国、美国及欧洲部分国家正在开展基于的三维城市模型生产和应用,对于城市三维建模,无人机倾斜摄影测量技术有以下优势:1)无人机机动性强、成本低,能够满足多种尺度的摄影测量数据采集。2)能够快速处理大范围场景的倾斜影像,建立具有高精度的真三维模型。3)高分辨率影像自动贴图,能够提高三维模型的生产效率。4)是可量测、可定位的三维模型,模型数据可以直接进行网络发布和共享应用。无人机倾斜摄影测量技术利用航空影像快速数据获取方法,可以一次性处理多幅影像,建立区域初始实景三维模型,该技术能够节约大量人工建模时间成本,提高三维城市发展的效率。利用无人机倾斜摄影影像进行三维城市模型的生产流程如下图所示。在实际的生产处理过程中,受无人机等设备、大气环境及软件算法的影响,实际模型会有一定的畸变和错误,引起视觉误差和应用障碍。主要的模型畸变及原因有:1)无人机姿态变化和颠簸影响影像重叠度、几何畸变等,造成模型凸包、破洞等。2)大气环境噪声引起的模型飞面、凸包等。3)不同时段光照引起的模型纹理不均匀、破洞等。4)像主点落水而引起的水面缺失等。5)影像分辨率不足或影像模糊而引起的地物模型边缘平滑等。引起模型缺陷的原因是多样的、复杂的,这也是当前阶段基于无人机倾斜摄影测量技术进行三维城市建模所面临的不可避免的问题,采用无人机倾斜摄影测量技术快速、高效生产三维城市模型并提高三维城市模型质量是亟待解决的问题。 三、 基于无人机倾斜摄影三维城市建模优化方法如前文所述,基于无人机倾斜摄影测量技术生产的初始三维模型通常有若干种畸变类型,某些畸变是由工程实施过程中难以避免的客观原因造成的,这种情况下,初始生产的实景三维模型难以满足应用需求。通过分析三维城市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。1. 无人机倾斜摄影测量三维城市模型的二次处理结合传统建模的优点和成熟技术,对无人机倾斜摄影三维成果模型中需要改进的地物目标或区域进行二次处理的技术路线如下图所示。2. 利用空三成果快速修复模型摄影测量是根据若干均匀分布于区域内的控制点,运用立体测图技术,计算得到匹配加密点的高程和平面位置。空三加密过程是基于倾斜摄影测量技术三维建模的重要步骤,空三运算后的影像是经过校正和绝对定向的,多张影像间的同一匹配点能够准确叠合,影像上的任一点均具有空间几何信息,即具备定位性质和可量测性。系统性的无人机倾斜摄影测量三维重建成果包括初始化重建三维模型和空三加密成果,两个成果间具有内在的联系,Acute3D、街景工厂及其他倾斜摄影测量软件通常仅展示空三加密结果,利用系统性的成果特别是空三加密成果是提升模型质量的一个途径。开发一套模型辅助编辑系统,导入空三加密成果和初始化重建三维模型,根据空三技术和空三加密成果的特点,利用空三加密成果,对原始模型缺陷明显的目标和区域进行几何修复和纹理修补工作,主要的工作流程如下图所示。该编辑系统的核心功能有三维模型同名点搜索、空三影像纹理自动提取、模型交互制作等,所有功能组织以空三后的影像数据为核心,充分利用纠正的倾斜影像和加密点,进行模型纹理提取和定向、建模。该方法的优点在于倾斜影像纹理提取快捷,自动纹理获取能够节省大量的手动处理时间,系统允许通过同名点将多张影像进行穿刺和对比,选择影像倾斜、变形纠正小的倾斜影像提取纹理并映射;在空三后的影像上绘制地物目标的结构线,并通过拉伸等方法实时制作三维模型实体并自动贴图,形成场景三维模型。 四、结束语在三维城市项目中,随着无人机倾斜摄影测量技术建模范围的增大,快速的倾斜影像采集和自动化空三及建模在效率上显现出强大的优势。但是受不可抗拒因素的影响,无人机倾斜摄影测量技术自动化生产三维模型有一定的限制,模型局部和细节缺陷使得倾斜摄影测量三维模型难以满足应用要求,需要研究基于无人机倾斜摄影测量技术的城市三维模型质量提升方案,本文提出的人工干预方法和空三成果的辅助应用建模优化方案已经在工程和应用项目中进行了验证,对模型中有明显缺陷和不足的局部进行模型修改和重建,大大提升了三维城市模型生产的质量和效率。新用户注册大雁云-实景三维重建平台,即可领取价值200元新手券~本文《整理发布,如需转载,请注明出处及链接:https://www.dayancloud.com/news/post-id-1125---相关阅读推荐:
2021-11-26 04:25:44
实景三维重建在自然保护区勘界中的应用
自然保护地对于建设重要自然生态系统、维护生物多样性、提高自然遗产保存率及改善生态环境质量至关重要。长期以来,我国实行“重数量轻质量”策略,保护地面积和数量不断犷张,忽略了保护地所面临的交叉重叠、生态环境境破碎化、土地权属不清等诸多问题,现实矛盾冲突尖锐,降低了自然资源的保护效率,阻碍了保护地的健康发展。因此,加强自然保护地的勘界立标,为优化整合工作提供准确、可靠的本底数据,有助于推动保护地的规范化建设和精细化管控,促进保护地与周边区域协调发展,对加强新时代生态文明建设具有重要现实意义。随着新型信息观测技术的发展,无人机倾斜摄影测量通过飞行平台搭载多角度传感器,可同时得到地物正射和倾斜方向的真实纹理,获得更加立体的地理环境信息。相较于传统航空摄影二维平面观测的局限和实地勘测成本高、工作量大的限制,倾斜摄影测量拥有高效率的三维模型生产技术,成果更符合人类视觉系统的直观真实感知,大大提高了地表特征的判读解译效率和精度,可提供多种直接的测量手段。因此,被广泛应用于不动产更新测绘、城市规划、自然资源勘查和管理等领域。目前,自然保护地界主要通过人工携带RTK或全站仪等装置进行实地勘测,该种方法在地势险峻地区勘测阻力较大,难以保证工作的全面覆盖。基于此,本文基于倾斜摄影测量技术,结合谷歌地图和数字正射影像(DOM),获取测区1 :500实景三维模型,在兼顾测绘精度要求的同时,以期快速、高效地解决勘界过程中存在的边界不客观、不符合实际情况等问题,实现自然保护地边界的识别 和提取。 1、关键技术步骤利用测量技术进行自然保护地勘界的流程主要包括像控点布设、倾斜摄影测量平台设定、飞行航线设计、像控点测址、空三解算、实景三维建模及边界识别与提取。 1.1、像控点布设像控点布设作为倾斜摄影测量中不可或缺的基础步骤,在保证像控点测定几何精度的同时,低数量、质量还需满足像片处理和模型精度的要求,确保目标地物在空间系统中的绝对位置,技术流程如下所示。像控点应避免布设在建筑物密集区、可能被基础设施建设和植被遮挡区域,而应布设在纹理明显、色彩差异较大的空旷区,如道路交叉点、房前空地等区域。 1.2、倾斜摄影测量系统无人机倾斜摄影测量是以无人机为飞行平台、以倾斜摄影相机为传感器的航空摄影测址系统。对于飞行平台而言,应着正考虑续航时间、飞行速度、载重、安全性及抗风性等因素;对于传感器而言,应着重关注其波段数、焦距、POS数据采集能力等主要指标。通过POS采集与相机拍摄的同步设置,最大限度减少了机械延时产生的定位误差,保证了而动态场景下的影像获取精度;通过无人机与航摄系统融合的设计使飞行更趋于稳定;通过高精度双RTK模块导航定位与精准飞行技术相结合的方式,使航线误差控制在2cm、定向精度在0.2度以内。 1.4、空三解算倾斜摄影时,将机载POS提供的外方位元素视为观测值引入摄影测量区域网平差中,利用后处理软件采用统一的数学模型和算法,对多视影像进行自动匹配,获得同名连接点,构建自由网;在初次空三结果基础上加入控制点进行联合平差,可优化精度至1/3像素,通过同名点匹配技术建立影像与模型间的严格对应关系,以满足后续自动化建模精度。当空三运算精度结果中像控点中误差小于0.03m(小于0.01m效果最佳),残差满足限差要求,丢片合理,无分层、断层、错位,则认定空三运算满足质量要求。 2、应用实例韶关北江特有珍惜鱼类省级自然保护区于2006年建立,2008年升格为省级自然保护区,位于广东省韶关北江水系的武江,总面积为2820hm²,主要保护对象为特有珍稀濒危鱼类及水生生态环境等,属于内陆湿地和水域生态系统类保护区。 三维建模项目采用,集群调用8组GPU同步运算。通过集成处理POS数据,验证POS精度并对其姿态角数据进行子午线收敛角补偿,解算出精确外方位元素;利用特征匹配算法获取高精度同名点匹配结果,通过光束法局域网平差实现空中三角测量;根据聚簇算法和密集匹配算法初步构建高密度点云数据,依据空三建立的影像间三角关系经由高密度点云构建TIN网格模型;最后经由纹理映射形成实景三维模型,效果真实性强,纹理现势性好。 结语本文通过无人机倾斜摄影测量技术首次实施北江特种珍稀鱼类自然保护区勘界工作。试验表明,该方法具有较好的适用性及实用性,能满足划定保护地边界的勘查及定期测量。其自动化程度高,大大减少了外业工作量;成果精度高,模型效果好,可针对特殊区域施行重点监测,弥补了航空、航天遥感的平面观测缺陷和现场监测技术的不足。实景三维模型、DOM和DSM等地理信息数据的获取,推动了自然保护地勘界立标工作的信息化发展,为自然保护地整合优化工作提供了现势性好和准确的基础数据,应用前景十分广阔,易于推广。无人机倾斜摄影测量是否适用于湿地、森林等高植被覆盖的自然公园勘界有待进一步研究。此外,如何高效获取更直观的三维展示成果、提高无人机续航力及减少数据冗余等问题仍是今后探索的趋势。新用户注册大雁云-实景三维重建平台,即可领取价值200元新手券~本文《整理发布,如需转载,请注明出处及链接:https://www.dayancloud.com/news/post-id-1118---相关阅读推荐:
2021-11-18 07:22:57
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