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【BIM技术案例】BIM+GIS——无人机倾斜摄影三维建模方法详解

BIM-本文作者
4574 3 2017-7-27 14:18
来自: 湖南建工 收藏 分享 邀请
摘要

GIS模型展示及测量应用2017年5月,湖南建工BIM中心工程师携八旋翼多镜头无人机,赴郴州经开区进行倾斜摄影航测作业,利用航测数据建立三维GIS模型,助力郴州经开区智慧互联平台建设。此次倾斜摄影三维建模包括对项目 ...

 GIS模型展示及测量应用

2017年5月,湖南建工BIM中心工程师携八旋翼多镜头无人机,赴郴州经开区进行倾斜摄影航测作业,利用航测数据建立三维GIS模型,助力郴州经开区智慧互联平台建设。此次倾斜摄影三维建模包括对项目范围内20余平方公里的航测数据采集和后处理,目前,建模工作已完成,本文将对无人机倾斜航测技术及数据处理进行介绍。


倾斜航测基本原理


倾斜摄影是近年来航测领域逐渐发展起来的新技术,相对于传统航测采集的垂直摄影数据,通过新增多个不同角度镜头,获取具有一定倾斜角度的倾斜影像。应用倾斜摄影技术,可同时获得同一位置多个不同角度的、具有高分辨率的影像,采集丰富的地物侧面纹理及位置信息。基于详尽的航测数据,进行影像预处理、区域联合平差、多视影响匹配等一系列操作,批量建立高质量、高精度的三维GIS模型。


多角度影像数据采集


航测数据采集及处理


1、航测范围确定

航线规划软件(地面站)的地图数据来源于Google Earth,规划航线之前,在Google Earth中确定项目航测范围,了解航测地貌,进行合理的飞行架次划分,优化航拍方案,提升作业效率。



2、航线规划及参数设定

倾斜航测的飞行参数包括高度、速度、拍摄间隔、航向间距、旁向间距等,不同的参数设置对航测的精度、效率等产生影响。航测作业前,综合考虑飞控距离、电池消耗、地形地貌、建筑物分布、测量精度等因素,使用地面站软件进行航线规划和参数设定,飞行高度、地面分辨率及物理像元尺寸满足三角比例关系。


规划航线及参数

3、无人机航测作业

地面站设置及无人机组装完成后,即可开始航测作业。无人机将依据指定的航线及参数设置,自动完成航拍任务,操作人员观察无人机位置及地面站实时飞行参数即可,每天可完成2-3平方公里的航测任务。


航测作业

倾斜航测采集的数据包括各拍摄点的多角度影像信息和对应的pos数据。影像信息由五镜头相机获取,无人机搭载相机以恒定速度对地面进行等距拍照,采集到具有70%重叠率的相片;pos数据由飞控系统在相机拍照时生成,与相片一一对应,赋予相片丰富的信息,包括经纬度、高度、海拔、飞行方向、飞行姿态等。



多角度影像(左)及pos数据(右)


航测数据后处理


采用ContextCapture完成本次航测的后期GIS数据处理。ContextCapture是基于影像自动化进行三维模型构建的并行软件系统,软件建模对象为静态物体,辅以相机传感器属性、照片位置姿态参数、控制点等信息,在进行空中三角测量计算、模型重建计算后,输出相应GIS成果,以供浏览或后期加工。常见的输出格式包括OSGB、OBJ、S3C、3MX等。

1、pos数据整合

飞控系统生成的pos数据包含后处理所不需要的信息,且格式也不符合后处理软件的使用要求,不能直接用于后期数据处理工作。原始pos数据进行筛选、分类处理后,才能用于后处理软件。


2、空间三角测量计算

航测过程中,照片组对应姿态的精确性可能会受到影响,致使影像信息缺失。而ContextCapture进行三维重建时,要求各个照片组具备非常精确的属性以及对应的姿态参数,此时可以通过空中三角测量计算对影像定位信息严格配准,选定参数自动准确估算每幅影像的位置、角元素和相机属性,获得缺失的影像信息。


空三计算

空中三角测量计算是后期数据处理过程中的重要一步,其生成的粗略3D视图有助于理解相片和拍摄场景的空间结构,同时空间三角计算结果也是三维重建计算的基础。


初始3D视图

3、三维重建计算

三维重建计算在指定坐标系下完成,本项目采用WGS84坐标系。由于拍摄范围大,影像数据多,完成重建所需的计算机内存往往达到上百G,普通计算机无法一次性完成重建计算,应根据计算机性能重建框架,调整重建范围及瓦片大小,将原框架分为若干个大小相同的数据切块,分块进行重建计算。


三维空间重构

4、数据集群处理

集群处理可按如下操作进行:搭建局域网,将一台计算机作为服务器,局域网内其他计算机作为节点连接至服务器组成群组,任务提交后,服务器统一分配子任务至各节点。节点完成子任务后,将处理结果返回至服务器,并接受新的子任务直至任务完成。



相对与单机进行数据处理,集群处理有更高的可靠性和容错率,当群组中一个节点计算机出现故障,原本分配至此节点的子任务将自动分配至其他节点进行计算;同时集群处理也能降低成本,庞大的GIS数据量,对于单机的储存空间和数据处理速度都提出极大考验,将普通的计算机进行集群则可有效降低硬件成本,发挥与高性能计算机相当的运算能力。我们将34台计算机分为两个群组,集群进行三维重建计算,提高数据运算效率,在一周内完成了50多个架次,共计20余平方公里的数据处理。



5DP- Modeler模型精修及单体化处理

基于ContextCapture建立的三维GIS模型,存在由于错误的影像匹配或者较差的几何姿态造成建筑变形(纹理拉花、结构扭曲、破面缺面等)、悬浮物、丢失部件等情况。通过天际航DP-Modeler软件对模型进行精修重建,使地物要素完整,从而达到后期三维GIS应用。智慧互联平台需实现对片区内的部分建筑进行单独的选中、赋予属性、查询属性、数据管理等操作,因此需对倾斜模型进行单体化处理。我们通过利用建筑物、道路、树木等对应的矢量面,对倾斜摄影模型进行切割,把连续的三角面片网从物理上分割开,从而实现单体化。








精修及单体化步骤:三维重建模型→补充影像采集→局部分离编辑→精细化修编重建→更新合并。


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全部评论

  • jkluio 2017-8-14 16:52
    视频预览:http://player.youku.com/player.php/sid/XMjk1NzA5NTM0OA==/v.swf
  • tx123 2017-8-8 14:21
    一起学习吧
  • 流域2017 2017-7-30 16:34
    很不错,学习中。

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