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行業應用

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    文章發布于:2021-02-23 作者:戴勇軍 瀏覽次數:

    無人機傾斜攝影技術城市規劃中應用
    一、 無人機傾斜攝影(三維建模)技術的行業背景
    傾斜攝影的產生和發展與人們喜愛的攝影是密不可分的。著名法國攝影師納達爾是航空照相史上的第一人。出于好奇的緣故,1856年,拍攝了第一張航空影像,拉開了人類對地觀測與遙感的序幕,同時也拉開了傾斜攝影的序幕。
    無人機傾斜攝影測量技術以大范圍、高精度、高清晰的方式全面感知復雜場景,通過高效的數據采集設備及專業的數據處理流程生成的數據成果直觀反映地物的外觀、位置、高度等屬性,為真實效果和測繪級精度提供保證。同時有效提升模型的生產效率,采用人工建模方式一兩年才能完成的一個中小城市建模工作,通過傾斜攝影建模方式只需要三至五個月時間即可完成,大大降低了三維模型數據采集的經濟代價和時間代價。
    二、 無人機傾斜攝影(三維建模)技術的原理
    通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器(如圖所示,目前常用的是五鏡頭相機),同時從垂直、傾斜等不同角度采集影像,獲取地面物體更為完整準確的信息。垂直地面角度拍攝獲取的影像稱為正片(一組影像),鏡頭朝向與地面成一定夾角拍攝獲取的影像稱為斜片(四組影像)。并多角度采集信息,配合控制點或影像POS信息,影像上每個點都會有三維坐標,基于影像數據可對任意點線面進行量測,獲取厘米級的測量精度并自動生成三維地理信息模型,快速獲取地理信息,對建筑物等地物高度直接量算;
    無人機傾斜攝影技術在城市規劃中的應用方案
    影像中包含豐富的真實環境信息,可對影像信息的數據深度挖掘,具有高效率、低成本、數據精確、操作靈活、側面信息可用等優點, 極大調節測繪內、外業的協同工作,解決了天氣等外因造成的傳統人工作業延誤。傳統二維數據已不能滿足城市行業的日常工作需要了,三維數據可視化已經開始慢慢代替二維,成為現今城市基礎建設、規劃的重要環節,是數字城市的重要表現手段。
    三、 無人機傾斜攝影技術比常規手段行業中的優勢
    3.1.無人機技術
    無人機是利用無線電遙控和自動程序控制的無人機或飛行器,包括固定翼、多旋翼、飛艇、直升機、等多種機種。
     無人機具有機動、快速、經濟的優勢,其結構簡單、機體重量輕、使用成本低、數字化和智能化高。應用范圍和領域更為廣闊,在快速獲取國土資源、自然環境、應急救災現實數據及測繪領域有著突出的效率和優勢。
    3.2.傾斜攝影技術
     隨著航空攝影技術的創新和發展,傾斜攝影測量技術擴大了遙感影像的應用范圍,顛覆了傳統航空攝影只從正攝角度采集影像的方式,其運用多角度相機同步獲取地面物體各個角度高分辨率的航攝影像。運用傾斜攝影測量技術生產的三維建模真實地反映了符合人眼視覺的城市場景,它結合GNSS技術,建三維城市納入城市地理信息框架,展現出全面豐富的地理信息,在提升用戶體驗度的同時大大降低了三維城市建模的成本。
    3.3 無人機傾斜攝影測量技術特點如下:
    3.3.1、無人機飛行高度低,多角度相機組能過多方位、高覆蓋獲取地物頂面、側面影像數據。
    3.3.2、相鄰影像間航向重疊度和旁向重疊度高,影像表達內容豐富。
    3.3.3、少量的人工干預,自動化的影像匹配、建模,主要過程由計算機完成。
    3.3.4、實體側面紋理可見:傳統的數字正射影像圖主要獲取實體頂部紋理,而傾斜攝影技術能夠同時映射側面紋理。
    3.3.5、綜合成本低:無人機傾斜攝影測量技術在數據采集和城市三維模型生產方面具有更高的效率,可以減少時間和人力成本。
    四、無人機傾斜攝影在城市規劃中的應用
    數字城市是城市地理信息和其他城市信息相結合、并存儲在計算機網絡上,供用戶訪問的一個將各個城市和城市外空間連在一起的虛擬空間,是數字地球的重要組成部分。
    無人機傾斜攝影系統將拍攝采集到的圖片利用軟件生成點云去建造模型,與以往的傳統移動測量方式相比,無人機搭載的傾斜攝影測量系統的效率更高,結果更精準,該傾斜攝影系統以無人機為載體,從空間三維數據采集出發,成為構建城市三維模型較為快捷的方法,便于城市規劃基礎信息采集如下:
    4.1數字線劃圖
     數字線劃圖( DLG) 是城市基本圖件的最主要形式,是進行規劃、設計、管理等工作的基礎。城市的 DLG 包含了城市房屋的外框信息和高程信息,以及屋頂的矢量信息,內業人員可以通過房屋的外框和屋頂坐標等信息,快速生成白模。
    4.2城市測區劃分  
    將相似的或相同區域的模型劃分為一個測區,統一進行模型命名和紋理編號,便于項目管理和相似紋理共享。
    4.3  地物傾斜影像是由傾斜攝影得到的地物影像,包含地物的屬性信息,可將同一地物的影像保存在同一個文件夾內。    
    4.4地物屬性表 
    地物屬性表記錄地物的實際名稱,對應的模型名稱、紋理編號,以及航高、航速、航向重疊、旁向重疊、坐標等信息。  
    4.5結合表  
    4.5.1結合表是模型的分圖依據,記錄了某個模型具體由哪個作業員制作,哪個檢查員檢查,以及模型名稱、紋理編號、坐標等信息。
      4.5.2建筑模型細部分析
     通過傾斜影像和 DLG,對地面建筑進行自動提取,快速建立白模,此時的白模已經初步具備建筑的外框、高程等信息,再經過內業人員對傾斜影像的具體細部分析,構建出建筑的屋頂、陽臺、觀景臺、飄窗、女兒墻、老虎窗、門斗等細部信息,合成精細白模,經過建筑細部分析后合成的精細白模。  
    4.5.3模型紋理制作
     利用圖像處理軟件,結合傾斜影像,對地面建筑細部進行紋理劃分,由于紋理可以重復變換,因此只制作具有代表性的建筑物紋理即可。內業人員能夠在最多 8 張傾斜影像上找到建筑物的某個細節紋理,通過變換、消失點等方式精確制作建筑物的紋理,完成模型紋理制作工序。   
    4.5.4模型貼圖
     利用 3 維處理軟件的 UVW 貼圖功能,結合相關的腳本語言,將紋理根據編號快速貼到建筑物上。
    五、 3D地形及圖紙生成
    無人機傾斜攝影測量系統將拍攝采集到的地形地貌圖片和地理信息直接導入專業的處理軟件,即可通過軟件精密的算法一鍵快速生成3D模型,再將3D模型以任何格式直接導出,放入圖紙軟件即可形成圖紙。
    六、 行業應用價值
    無人機傾斜攝影測量系統已在城市規劃、公安、應急、測繪、旅游、環保、農業、林業、水利、電力巡檢等行業得以驗證和廣泛應用,獲得行業用戶的好評,且經濟效益顯著,具有重要的示范作用和推廣價值。在真實作業上,避免大量人工實地考察的工作,提高項目作業效率,再現建筑物和作業區域的實際情況。

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