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无人机倾斜摄影模型应用及发展趋势

2017-08-11 来源:未知 人气: 评论

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  量测道路宽度

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  量测水塔比高

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  量测坑内填土方量

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  量测路灯真实三维坐标

  倾斜摄影技术是近些年来国际测绘领域内迅速发展起来的一项高新技术,它颠覆了以往常规的正射影像只能从垂直视角拍摄的局限,通过在一个飞行平台上面搭载2-5个传感器,同时从多个角度采集影像,形成符合人眼视觉的真实直观世界模型。它能让用户从多个角度观察地物,更加真实地反映地物的实际情况,极大地弥补了基于正射影像应用的不足。

  随着高分辨率轻小型相机的快速发展,用无人机作为摄影平台使得倾斜摄影应用越来越广泛,如一些国家重大工程建设、灾害应急与处理、国土监察、新农村和小城镇建设、城中村拆迁数据留存,政府方面的公共安全、规划发展、灾害评估、环保;以及公众方面的位置服务、旅游等。而随着计算机软硬件技术和先进的高精度定位定姿技术的发展,倾斜影像快速高精度建模和模型后期测绘应用也带来跨越式发展,尤其在基础测绘、土地资源调查监测、土地利用动态监测、数字城市建设和应急救灾测绘数据获取等方面具有广阔市场前景,甚至会在这些方面颠覆测绘传统的作业方式。

  一、利用真三维高精度三维模型直接测量

  无人机航空摄影一直以姿态稳定性较差为其软肋,近年来,无人机搭载差分系统的趋于成熟一定程度上减少了外业像控点的布设,甚至国内一些公司已经研制无人机差分系统软硬件技术,试验无地面像控点可以做到满足1∶500比例尺地形测图的精度,并在多家生产单位成功进行了试生产应用。因此,利用差分系统并结合高分辨率小体积相机的发展以及集群式后处理系统的发展,无人机倾斜摄影基本可以实现当天飞行获取当天完成高精度模型的建立。高达2-3厘米的模型分辨率可以重现真实世界的每一个细节。

  当倾斜影像精度满足测绘精度要求,倾斜影像可基于成果影像量测,也可以利用生成的真实模型进行各种尺寸量测,例如地物高度、长度、投影平面面积、曲面表面积、角度、坡度、量测挖填土方量等。这种高精度、高分辨率真实世界的模型在各个行业领域的实用性将会大大提高。

  多年以来,地形测绘等地理信息获取工作主要采用的是野外人工测量模式,作为外业测绘人,哪个不是跋山涉水、常年野外奔波,这样的外业劳动存在着强度大、工序复杂、耗工费时、成本高等一系列的问题。而随着现代科技的发展,测绘行业对于地理信息数据的精确性、时效性要求越来越高,人工成本和时间成本也为行业带来巨大的压力和负担,因此,测绘行业需要能够快速、高效、准确地获取地理信息和数据的解决方案

  在大比例尺地形测量中,航测方法已经成熟,已经逐渐取代大面积全野外测图,但是无论是先内后外还是先外后内的航测作业模式,外业像控、调绘、检查工作依然很大。而近年来,国内外多家公司陆续推出利用高精度三维模型上直接采集地形要素的解决方案,利用倾斜摄影侧面信息可用的特点,快速获取城市的地物信息,可在不需要专业立体显示采集设备及专业立体测图技术人员的情况下,直接在裸眼可视的立体模型表面采集要素和部分属性信息,例如直观可数的楼层层数、直接从侧面四周量取房屋外围轮廓线、各种道路、企事业单位名称注记、各种建筑物结构、独立地物的高度、地形地貌类型等;尤其提高了采集正视方向被遮挡的地物可能性,例如窑洞的位置、大树下的房屋边线的准确位置、树木遮挡的道路边线及道路附属设施等,可用于快速生成数字线化图。

  这种新的采集模式极大地调节了测绘内、外业的协同工作比例,把过去需要的大量外业工作转变到内业工作,可减少由天气等外因造成的外业调绘工作延误,降低了外业直接生产成本,极大地减少了外业劳动强度,提高了工作效率。我们相信,这项技术经过不断发展和改善,会逐渐得到普及应用。

  二、大面积单体化应用准确高效

  “单体化”是一个个可以被单独选中的实体,具体体现为鼠标单击实体可以以高亮显示,并附加单独的属性,以供GIS中查询统计等。以建筑物为例,目前国内外一般有三种模式来体现倾斜摄影模型单体化。

  第一种为“切割单体化”,就是用建筑物、道路、植被等对应的矢量面,对倾斜摄影模型进行统一切割,即把模型从物理上分开,从而实现单体化。其优点是大面积切割快,缺点是预处理矢量面时间长,需要矢量面和模型严格套合,切割后的模型效果锯齿感明显,例如国外的 citybuilder就是采用的这种模式;也可以使用人工干预,依据倾斜摄影模型重新构建单个的三维模型,类似于人工建模,例如国内天际航的DP-Modeler等。优点是模型漂亮,属于真正的单体化,缺点是人工量大、周期长。

  第二种为“属性单体化”,计算矢量面与模型的交点,在位于矢量面中的所有模型的顶点都赋予同一个属性值,当鼠标点击时,相同属性值的模型顶点同时高亮显示,达到单独显示的目的。其优点是显示速度快,无锯齿,缺点是预处理时间长,存储数据增大,属于半单体化。

  第三种为“动态单体化”,是在第二种的基础上演变而来,此方法不单独存储属性值,而是采用实时动态计算并用矢量面与模型叠加蒙版显示,从外观上与第二种相似。显示效果无锯齿,预处理时间短,缺点是实时计算对设备要求高,对网络的传输要求较高,属于表象单体化,模型依然为整体模型。

  三、其他应用

  利用无人机倾斜摄影快速生成的三维模型,可以友好对接多个第三方平台,从而实现更多应用,例如实时三维平台视频监控、地下管线三维管理、真实三维直观淹没分析用于城市低洼地区管理、空间可视域分析主要用于安保工作、基于倾斜摄影真实的地形剖面分析等,目前也随着无人机倾斜摄影的低成本、高效率而逐渐得到广泛应用。

  无人机倾斜摄影技术的诞生,正在逐渐颠覆传统测绘的作业方式,该技术通过无人机低空搭载先进的定位设备和多镜头摄影技术获取高清晰立体影像数据,实时嵌入精确的地理信息,获取更丰富的影像信息,后期可快速自动生成三维地理信息模型,快速实现地理信息的获取。随着电子技术的发展,以及国内外的软、硬件厂商的开发应用,无人机倾斜摄影及其后期应用由于其效率高、成本低、数据精确、操作灵活等特点,将会得到更加广泛的应用。


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