无人机倾斜摄影测量在建筑工程测量中的应用

5.5.2.1 认识无人机倾斜摄影测量

1.无人机倾斜摄影测量原理

倾斜摄影测量技术是国际测绘遥感领域近年发展起来的一项高新技术,以大范围、高精度、高清晰的方式全面感知复杂场景,通过高效的数据采集设备及专业的数据处理流程生成的数据成果直观地反映物体的外观、位置、高度等属性,为真实效果和测绘级精度提供保证,同时有效提升模型的生产效率。三维建模在测绘行业、城市规划行业、旅游业,甚至电商业等行业中的应用越来越广泛。

倾斜摄影技术,通过在同一飞行平台上搭载多台传感器(目前常用的是五镜头相机)。同时从垂直、倾斜等不同角度采集影像,获取地面物体更为完整准确的信息。垂直地面角度拍摄获取的是垂直向下的一组影像,称为正片;镜头朝向与地面成一定夹角拍摄获取的四组影像分别指向东、南、西、北,称为斜片。

通过倾斜摄影建立的建筑物表面模型相比垂直影像有着显著的优点,因为它能提供更好的视角去观察建筑物侧面,这一特点正好满足了建筑物表面纹理生成的需要。同一区域拍摄的垂直影像可被用来生成三维城市模型或对生成的三维城市模型进行改善。利用建模软件对照片建模,这里的照片不仅是通过无人机航拍的倾斜摄影数据,还可以是以单反甚至手机以一定重叠度环拍而来的,这些照片导入建模软件中,通过计算机图形计算,结合POS信息进行“空三”处理,生成点云,点云构成格网,格网结合照片生成赋有纹理的三维模型。

2.无人机分类

无人机的应用领域非常广泛,在尺寸、质量、性能及任务等方面差异也都非常大。根据无人机的多样性,从不同的考量角度,无人机有多种分类方法。

(1)按平台构型分类:无人机可分为固定翼无人机、旋翼无人机、无人飞艇、伞翼无人机、扑翼无人机等。

(2)按用途分类:

1)军用无人机可分为侦察无人机、诱饵无人机、电子对抗无人机、通信中继无人机、无人战斗机以及靶机等。

2)民用无人机可分为巡查/监视无人机、农用无人机、气象无人机、勘探无人机及测绘无人机等。

(3)按尺寸可分为大型无人机、小型无人机、轻型无人机和微型无人机。其中微型无人机是指空机质量小于或等于7 kg的无人机;轻型无人机是指空机质量大于7 kg,但小于或等于116 kg的无人机,且全马力平飞中,校正空速小于100 km/h,升限小于3 000 m;小型无人机是指空机质量小于5 700 kg的无人机;大型无人机是指空机质量大于5 700 kg的无人机。

(4)按飞行性能分类:

1)按活动半径分类,可分为超近程无人机、近程无人机、短程无人机、中程无人机和远程无人机。超近程无人机的活动半径在15 km以内,近程无人机的活动半径为15~50 km,短程无人机的活动半径为50~200 km,中程无人机的活动半径为200~800 km,远程无人机的活动半径大于800 km。

2)按速度分类,可分为低速无人机、亚声速无人机、跨声速无人机、超声速无人机和高超声速无人机。低速无人机的速度一般小于0.4 Ma,亚声速无人机的速度一般为0.4~0.85 Ma,跨声速无人机的速度一般为0.85~1.3 Ma,超声速无人机的速度一般为1.3~5 Ma,高超声速无人机的速度一般大于5 Ma。

3)按实用升限分类,可分为超低空无人机、低空无人机、中空无人机、高空无人机和超高空无人机。超低空无人机的实用升限一般为0~100 m;低空无人机的实用升限一般为100~1 000 m;中空无人机的实用升限一般为1 000~7 000 m;高空无人机的实用升限一般为7 000~20 000 m;超高空无人机的实用升限一般大于20 000 m。

3.无人机系统的组成

无人机系统(Unmanned Aireraft System,UAS)也称为无人驾驶航空器系统(Remotely Piloted Aircraft System,RPAS),由飞行器、控制站及通信链路三部分组成。其中飞行控制系统、导航系统、动力系统和通信系统处于无人机系统的最核心地位。

(1)飞行器。飞行器是指能在地球大气层内外空间飞行的器械。通常按照飞行环境和工作方式,可将飞行器分为航空器、航天器、空天飞行器、火箭和导弹、巡飞弹型无人机等几大类。航空器是能在大气层内进行可控飞行的飞行器。任何航空器都必须产生大于自身重力的升力,才能升入空中。根据产生升力的原理,航空器可分为轻于空气的航空器和重于空气的航空器两大类。无人机属于重于空气的航空器中的一种。图5-45所示为多轴无人飞行平台。

图5-45 多轴无人飞行平台

(2)控制站。无人机地面站也称为控制站、遥控站或任务规划控制站,在规模较大的无人机系统中可以有若干个控制站,这些功能不同的控制站通过通信设备连接起来,构成无人机地面站系统。控制站有数据链路控制、飞行控制、荷载控制、荷载数据处理四类硬件设备机柜或机箱构成。控制站包含三类不同功能的模块:指挥处理中心模块的功能是制定任务、完成荷载数据的处理和应用,一般间接地实现对无人机的控制和数据接收;无人机控制站模块的功能是飞行操纵、任务荷载控制、数据链路和通信指挥;荷载控制站模块与无人机控制站模块的功能类似,但荷载控制站模块只能控制无人机的机载任务设备,不能控制无人机的飞行。无人机控制站包括显示系统和操纵系统。

1)显示系统。地面控制站内的飞行控制系统席位、任务设备控制席位、数据链管理席位都设有相应分系统的显示装置,因此需要综合规划,确定所显示的内容、方式、范围。显示系统一般显示三类信息:飞行参数综合显示,显示飞行与导航信息、数据链状态信息、设备状态信息、指令信息;告警视觉显示则一般分为提示、注意和警告三个级别;地图导航航迹显示可以实现导航信息显示、航迹绘制及地理信息的显示等功能。

2)操纵系统。无人机操纵系统主要包括起降操纵、飞行控制、任务设备控制和数据链路管理。地面控制站内的飞行控制席位、任务设备控制席位、数据链路管理席位都设有相应分系统的操作装置。

飞行操纵(包括起降操纵和飞行控制)是指通过数据链路对无人机在空中整个飞行过程中的控制。无人机的种类、执行任务的方式,决定了无人机有多种飞行操纵方式。任务设备控制是地面站任务操纵人员通过任务控制单元,发送任务控制指令,控制机载任务设备工作,同时,地面站任务控制单元处理并显示机载任务设备工作状态,供任务操纵人员判读和使用。

(3)通信链路。无人机通信链路主要用于无人机系统传输控制、无载荷通信、载荷通信三部分信息的无线电链路。根据相关资料可以知道,无人机通信链路是指控制和无载荷链路,其主要包括指挥与控制(C&C)、空中交通管制(ATC)、感知和规避(S&A)3种链路。

无人机通信链路可分为机载终端与天线、地面终端与天线两大类。

1)机载终端与天线。无人机系统通信链路机载终端常被称为机载电台,集成于机载设备中。视距内通信的无人机多数安装全向天线,需要进行超视距通信的无人机一般采用自跟踪抛物面卫通天线。

2)地面终端与天线。民用通信链路的地面终端硬件一般会被集成到控制站系统中,称为地面电台,部分地面终端会有独立的显示控制界面。视距内通信链路地面天线采用鞭状天线、八木天线和自跟踪抛物面天线,需要进行超视距通信的控制站还会采用固定卫星通信天线。

5.5.2.2 无人机倾斜摄影测量技术应用

无人机的应用非常广泛,可以用于军事,也可以用于民用和科学研究。在民用领域,无人机已经和即将使用的领域多达40多个,如影视航拍、农业植保、海上监视与救援、环境保护、电力巡线、渔业监管、消防、城市规划与管理、气象探测、交通监测、地图测绘、国土监察等。

1.倾斜摄影在智慧城市中的应用

智慧的基础是真实,倾斜摄影为智慧城市的应用插上了“真实”的翅膀。具体而言,倾斜摄影在智慧城市中的应用包括分类查询、规划压平与方案对比、规划设计、日照分析、控高分析、摄像头监控、地表开挖、地上地下一体化、淹没分析。

2.倾斜摄影在智慧旅游中的应用

自然风光的三维建模一直是一个难题,人工建模很难还原出大范围的自然风景,而用地形和影像,则时效性与精细程度往往无法还原风景的美观程度。倾斜摄影技术由于其高分辨率和高真实感,能真实立体地还原自然风景的状况,有利于景区特别是地质遗迹的保护、科普知识的宣传和自然风光的直观展示,从而吸引游客前往观赏。

自然风景的倾斜摄影数据分辨率高、数据量大,对三维GIS平台的支撑能力和稳定性提出了更高的要求。

3.倾斜摄影在不动产登记中的应用

由于具备快速、高效、成本低廉的特点,无人机与倾斜摄影、三维建模技术组成的“三剑客”极有可能颠覆传统测绘行业,在国土资源、农业、工业等众多领域发挥作用。

倾斜摄影用于不动产登记,通过获取正射影像图,建立三维模型,其辅助外业是指签字调查,在图上进行坐标量测,形成矢量图形,辅助进行修补测等一系列工作,极大程度地提高了不动产登记的效率。

4.倾斜摄影在城市精细化管理中的应用

在城市精细化管理中,管理到每一栋建筑物的粒度往往是不够的,而是要求能精细到楼房的每一层,甚至每一户房间。这就对三维模型提出了更高的要求,人工建模即便能实现,代价也是巨大的,需要对每一户房间单独建模才行。

倾斜摄影模型加上带有高度信息的分层分户图,可以实现对每个建筑物的每层楼甚至每一户房间的管理,包括查询和各类统计分析,再关联户籍和人口信息库,这样,户籍信息管理就可以与真实世界关联在一起,而不再只是数据库中孤立的信息。

5.倾斜摄影在应急救援中的应用

应急救援是预防和控制潜在的事故,或在紧急情况发生时,迅速有序地做出应急准备和响应,最大限度地减轻可能产生的事故后果。在做出应急决策时,首要条件是对发生事故的位置的地形地貌有一个全面了解,遥感影像可以满足要求。现场环境情况的变化,对影像数据的获取时间、范围、精度、生产效率及分析应用都提出了极高的要求,而倾斜摄影无论在起飞场地、飞行时间,还是在数据生产效率、数据精度等方面都完全满足应急救援的需求。

例如,在地震救灾中,抗震救灾指挥部除可以利用遥感现势图研判灾害形势外,还多了一个救援利器——震区三维实景图,它通过切换各种视角,实现了对震区各个方位的观测,为制定下一步的救援方案及防止次生灾害的发生提供了极大便利。震区三维实景图就是利用倾斜摄影技术及自动建模技术快速生成三维模型,为救援实施提供了依据。

6.倾斜摄影测量在土石方量计算中的应用

土石方量计算涉及众多领域,如露天矿开采、土地开发整理、工程建设等。土石方量计算的准确度会对工程的经济效益产生直接影响。传统的土石方量计算有方格网法、三角网法、断面法三种。方格网法一般用于地形起伏变化不大的面状工程中,其计算精度与野外采点密度、质量和方格网大小有很大关系;三角网法用于地形起伏变化较大的面状工程中,其计算精度与野外采点质量有直接关系;断面法一般用于线状工程中,其计算精度与断面测量质量和断面间距有很大关系。用倾斜摄影测量计算土石方量的方法普遍适用于各种地形和工程项目中,其基本计算原理与三角网法相同。其计算精度可靠,计算结果受测量方法和计算方法的影响小。

7.倾斜摄影测量在1∶500地形图中的应用

随着科技的不断发展,测绘技术不断更新,地形图测量方法由传统平板白纸测图、经纬仪测图发展到现在的全站仪、GNSS、数字摄影测量等技术方法,在精度和效率上都有很大提高。近年来,天、空、地一体化测绘技术飞速发展,倾斜摄影就是其中的一种,它推动了地形测量向高科技、立体图形、内业测绘方向革命性地变化。倾斜摄影技术通过成果数据比对分析,可满足1∶500地形图相关精度要求。

8.倾斜摄影测量在高速公路线路设计中的应用

运用倾斜摄影技术生成地面模型和路线三维真实模型后,设计人员可以从任意的角度来浏览观察高速公路建成的景观;可以从行车时驾驶员的角度观察路线——公路全景透视图;设计人员也可以通过路线透视图发现所设计的路线是否合理,以便及时改正;还可以将Auto-CAD中的地面、路线模型输出到专业渲染、动画制作软件,如3d Max或ADS,经过渲染制作后,即可制作成漂亮的高速公路全景三维透视图或高速公路动态全景三维透视图(高速公路动态仿真模型)。

9.BIM与倾斜摄影结合

BIM作为工程应用的一个重要实例技术,在基础建设应用中发挥着重要的作用,而BIM结合倾斜摄影,又将带来行业思路的转变、成本的降低及效率的提高。其应用在工程建设、国土安全、室内导航、三维城市、市政模拟、资产管理中等。

(1)工程建设:以倾斜摄影获取工程建设地表环境信息,构建真实高精度的地理环境模型,生成实景三维底图,再通过BIM技术构建工程建设精细的工程模型,包括地表施工情况、建设附属设施布置、物料的堆积管理、工程建筑的详细建设进度等。

(2)国土安全:倾斜摄影与BIM结合进行国土安全数据库的构建和信息的填充,倾斜摄影进行底层模型数据的加载,BIM进行精准化数据的分析和构建,国土信息数据逐步地采集和上传,实现信息化管理和同步建设。

(3)室内导航:通过倾斜摄影技术构建真实的建筑外建构面模型,再通过BIM构建建筑物内部房屋结构,结合后期导航系统,实时定位人员精准位置信息,对人员的室内导航提供可视化的指引。

(4)三维城市:城市建筑类型各具特色,如外形尺寸不同,外部颜色、纹理不同等。如果进行“航测+地面摄影”,后期需要人工做大量贴图;如果用价格高昂的激光雷达扫描,成本太高而且生成的建筑模型都是“空壳”,没有建筑室内信息,同时室内三维建模的工作量也不小,并且无法进行室内空间信息的查询和分析。通过BIM,可以轻易得到建筑的精确高度、外观尺寸及内部空间信息。因此,通过综合BIM和倾斜摄影,先对建筑进行建模,然后将建筑空间信息与其周围地理环境共享,应用到城市三维倾斜摄影分析中,就极大地降低了建筑空间信息的成本。当然前提是建筑应用BIM,现阶段这在我国还很难实现。

(5)市政模拟:通过BIM和倾斜摄影,可以有效地进行楼内和地下管线的三维建模,并可以模拟冬季供暖时的热能传导路线,以检测热能对其附近管线的影响,或当管线出现破裂时,使用疏通引导方案避免人员伤亡及能源浪费。

(6)资产管理:以BIM提供的精细建筑模型为载体,利用倾斜摄影来管理建筑内部资产的位置等信息,可以提高资产管理的自动化水平和准确性。

10.倾斜摄影在其他领域的应用

倾斜摄影还可以在其他领域开创出多种新的应用。

在电力巡检、移动基站选址等应用中,需要真实的、带有建筑全要素的三维地表信息作为基础底图参考,用传统地形加影像的方式很难达到其精度要求,并且也无法做到全要素覆盖,倾斜摄影模型非常符合这类应用的需要。

在城乡拆迁重建时,也可以利用倾斜摄影建模来完整准确地获取拆迁前各类建筑的真实状况,以作为后续赔偿乃至纠纷发生时的客观依据。(www.xing528.com)

倾斜摄影模型实质上就是带有建筑物等各类地物信息的数字地表模型,完全可以取代传统地形加影像所发挥的作用,且精度更高、时效性更强。例如,露天煤矿的容量统计、推平山头或填平山谷所需要的土石方量计算,都可以基于倾斜摄影模型来完成。甚至还有人尝试利用倾斜模型评估农作物的生长情况,从而预估其产量。

可以预测,随着倾斜摄影技术的进一步发展及其在精度、效率、成本上的优势进一步增强,倾斜摄影技术还将继续开拓出更多新的应用模式。

5.5.2.3 无人机倾斜摄影测量流程

无人机倾斜摄影测量流程包括资料收集、设计方案制定、航空摄影、像控测量、“空三”加密、全自动三维建模、模型修饰、质量检查、成果整理与提交。无人机航摄技术路线如图5-46所示。

图5-46 无人机航摄技术路线

1.准备工作

根据甲方的要求、作业范围,为规范作业、统一技术要求,保证测绘产品质量符合相应的技术标准,根据国家有关规范,收集资料,进行现场踏勘,制定航飞方案,确定采用的无人机类型、相机类型、人员安排等,编制项目技术设计书。

2.航空摄影

航空摄影实施之前,针对航空摄影的需要,依据航空摄影的合同、航空摄影规范和飞行有关规定,编写航空摄影技术设计。

倾斜摄影的航线采用专用航线设计软件进行设计,其相对航高、地面分辨率及物理像元尺寸满足三角比例关系。航线设计一般采取30%的旁向重叠度、66%的航向重叠度,目前要生产自动化模型,旁向重叠度需要到达66%,航向重叠度也需要达到66%。航线设计软件生成一个飞行计划文件,该文件包含无人机的航线坐标及各个相机的曝光点坐标。实际飞行中,各个相机根据对应的曝光点坐标自动进行曝光拍摄。

3.像控测量

(1)资料的收集和准备。

1)测量设备的准备:GPS设备一套、对中杆一根、三脚架一个、相机或手机一台、记录纸若干;外出作业时应检查:GPS设备电池是否充满电、相机电池是否充满电、相机储存卡内存是否足够;作业完成后需要给设备电池充电,导出和备份数据,检查仪器设备。

2)基础控制点资料的收集:根据项目需求,收集必要的等级控制点。如控制点的分布情况不满足RTK的测量要求,需要在已有控制点的基础上进行加密。

3)坐标系统的确定:根据项目需求,分析已有资料,确定测区所用的坐标系统、投影方式、高程基准。

4)其他资料的收集:外出作业前应收集测区的地形图、交通图、地名录、天气、地域文化等资料。

(2)像控点布设。为了保障数据成果的精度,对控制点的要求相对提高,每平方千米内控制点的数量应满足规范要求。房屋顶部应相应增加控制点,从而使数据的精度有进一步的提高。特殊地区要相应地增加平高点。

像控点的布点方式:采用航线两端及中间均隔一或两条航线布设平高点的方法。此方法既能保证成图精度,又能减少外业工作量,如图5-47所示。

图5-47 像控点的布点方式

(3)像控点的选点。像控点应该选择在航摄像片上影像清晰、目标明显的像点,如路上的车实线及斑马线的角、目标清晰的道路交角、草地角等。实地选点时,也应考虑侧视相机是否会被遮挡。因实际情况下航摄区域未必都有合适的像控点,为了提高刺点精度,保证成图精度,应在航摄前采用刷油漆的方式提前布置像控点标志。标志可刷成“十”字形或“L”形,如图5-48所示。

图5-48 像控点标志

(a)“十”字形布点;(b)“L”形布点

弧形地物、阴影、狭窄沟头、水系、高程急剧变化的斜坡、圆山顶、跟地面有明显高差的房角、围墙角等及航摄后有可能变迁的地方,均不应当作选择目标。

(4)像控点的测量。像控点的测量主要采用“GPS RTK”的方法。

1)坐标系的校正。因为GPS测量结果使用的是WGS-84坐标系,如项目要求测量成果使用其他坐标系,则需要在观测之前进行坐标系校正,求出WGS-84坐标系与目标坐标系之间的转换关系。校正方法如下:

①首先要有至少5个目标坐标系的基础控制点坐标数据,其中4个用作校正,1个用于校正后的检验。注意已知点最好分布在整个作业区域的边缘,能控制整个区域,一定要避免已知点的线形分布。

②在电子手簿上输入已知控制点的坐标,并将GPS流动站接收机架在已知点上,测得WGS-84坐标系的坐标数据。

③根据已知点的已知坐标数据和WGS-84坐标系的坐标数据,计算“七参数”,求得两个坐标系之间的转换关系。

④检查水平残差和垂直残差的数值,看其是否满足项目的测量精度要求,残差应不超过2 cm。检校没问题之后才可以进行下一步作业。

2)野外观测的作业要求:

①两次观测,每次采集30个历元,采样间隔为1 s。

②在观测过程中不应在接收机近旁使用对讲机或手机;雷雨过境时应关机停测,并取下天线,以防雷电破坏。

③两次观测成果需进行野外比对,比对值为两次初始化采集的最后一个历元的空间坐标,较差依照平面较差不超过5 cm,大地高较差不超过5 cm的精度标准执行;不符合要求时,加测一次;如果三次各不相同,则在其他时间段重新观测。

④每日观测结束后,应及时将数据从GPS接收机转存到计算机上,以确保观测数据不丢失,并对其进行备份后交由专人保管。

(5)像控点的拍照。对观测处进行至少5次拍照,分别为1张近照、4张远照。近照要求摄清天线摆放位置及对中位置或者杆尖落地处,若1张不够描述,可拍摄多张。远照的目的是反映刺点处与周边特征地物的相对位置关系,以便于“空三”内业人员刺点。周边重要地物有房屋、道路、花圃、沟渠等。为了描述清楚,远照可拍摄多张。

(6)观测记录。像控点外业观测及拍照完成后,应及时填写记录,画草图,记录刺点处、相关物的邻接关系,并对像控点编号及照片编号进行关联,防止混淆、错乱。仪器高的记录:使用对中杆或三脚架或其他支架设备的,必须记录仪器高。电子手簿中需输入仪器高,从而使测量出的高程即刺点处的高程。记录仪器高时保留小数点后三位小数,必须填写单位。

(7)外业资料与数据的整理。导出GPS观测数据并整理坐标数据成果表,表中应注明所用坐标系、投影方式、高程基准;整理控制点照片,为每一个控制点建立一个文件夹,将所拍摄的控制点照片分类,并放入相应的文件夹中,使控制点点号、点位与控制点照片一一对应。

4.空中三角测量

(1)基本概念。空中三角测量是利用航摄像片与所摄目标之间的空间几何关系,根据少量像片控制点计算待求点的平面位置、高程和像片外方位元素的测量方法。空中三角测量可分为GPS辅助空中三角测量和POS辅助空中三角测量两类。

1)GPS辅助空中三角测量:利用安装在无人机和地面基准站上的GPS接收机,在航空摄影的同时获取航摄仪曝光时刻摄站的三维坐标,将其视为观测值引入摄影测量区域网平差中,采用统一的数学模型和算法整体确定点位并对其质量进行评定的理论、技术和方法。

2)POS辅助空中三角测量:将GPS和IMU组成的定位定姿系统(POS)安装在航摄平台上,获取航摄仪曝光时刻摄站的空间位置和姿态信息,将其视为观测值引入摄影测量区域网平差中,采用统一的数学模型和算法整体确定点位并对其质量进行评定的理论、技术和方法。

(2)基本作业过程标。空中三角测量的作业过程主要包括准备工作、内定向、相对定向、绝对定向和区域网平差计算、区域网接边、质量检查、成果整理与提交。进行区域网平差计算时,对于POS辅助空中三角测量和GPS辅助空中三角角测量,需要摄站点坐标、像片外方位元素进行联合平差。

(3)主要作业方法。

1)解析空中三角测量。解析空中三角测量指的是用摄影测量解析法确定区域内所有影像的外方位元素及待定点的地面坐标。解析空中三角测量按数学模型可分为航带法、独立模型法和光束法。航带法处理的对象是一条航带的模型;独立模型法将各单元模型视为刚体;光束法是以一幅影像所组成的一束光线作为平差的基本单元,以中心投影的共线方程作为平差的基础方程。光束法是最严密的一种平差方法,能最方便地顾及影像系统误差的影响,便于引入非摄影测量附加观测值。

2)GPS辅助空中三角测量。GPS辅助空中三角测量的作业过程大体上可分为四个阶段,即现行航空摄影系统改造及偏心测定、带GPS信号接收机的航空摄影、解求GPS摄站坐标、GPS摄站坐标与摄影测量数据的联合平差。

3)POS辅助空中三角测量。将POS和航摄仪集成在一起,通过GPS获取航摄仪的位置参数及(IMU)测定航摄仪的姿态参数经IMU、DGPS数据的联合后处理,可直接获得测图所需要的每张像片的6个外方位元素。

航摄仪、GPS天线和IMU三者之间的空间坐标系通过坐标变换来统一,并通过数据更新频率不低于机载接收机的地面基准站,以相对GPS动态定位方式来同步观测GPS卫星信号,最后利用后处理软件解算每张影像在曝光瞬间的外方位元素。

在空中三角测量前,先对原始影像进行预处理,对原始影像进行色彩、亮度和对比度的调整和匀色处理。匀色处理应缩小影像间的色调差异,使色调均匀、反差适中、层次分明,保持地物色彩不失真,不应有匀色处理的痕迹。

(4)“空三”建模。倾斜摄影空中三角测量由于摄影倾角大,影像变形严重;分辨率变化大,尺度无法统一;重叠数多,需要多视处理等特点,有异于常规数码航空摄影测量中的空中三角测量方式。常规的“空三”加密软件一般都不能实施,需要多视角航空摄影测量空中三角测量专业软件进行数据处理。

空中三角测量采用ContextCapture Center、Dat Matrix等软件,对相机参数、影像数据、POS数据进行多视角影像特征点密集匹配,并以此进行区域网的自由网多视影像联合约束平差解算,建立空间尺度可以适度自由变形的立体模型,完成相对定向;将外业测定的像片控制点成果在内业环境中进行转刺,利用这些点对已有区域网模型进行约束平差解算,将区域网纳入精确的大地坐标系统中,完成绝对定向。ContextCapture Center“空三”建模流程如图5-49所示。

图5-49 ContextCapture Center“空三”建模流程

5.全自动三维建模与模型修饰

全自动三维建模采用多机多节点并行运算的ContextCapture Center软件进行。将空中三角测量的成果数据直接提交生成三维TIN格网构建、白体三维模型创建、自助纹理映射和三维场景构建。模型修饰原则上只对水域空缺或模型漏洞进行修补,采用Smart3D软件对水面或补飞数据进行约束干预后重新生成模型,使模型不存在漏洞。生成的模型应满足以下要求:

(1)三维模型是根据倾斜影像匹配确定体块构模而成,地形、建筑物等模型一体化表示的航空影像表现。建筑物三维体块模型应完整,位置准确,具有现实性,与获取的航空影像表现一致。

(2)三维模型应精准反映房屋屋顶及外轮廓的基本特征。在200 m视点高度下浏览模型,模型应没有明显的拉伸变形或纹理漏洞。当所在区域建筑物较为密集,或建筑物较高而相互遮挡时,则无法获取遮挡部分建筑物的侧视纹理,相应的模型无法表现其全部的细节,允许出现些许拉伸变形。

(3)三维模型的高度与平面尺寸应与实际保持一致的比例。

6.立体测图

传统航测从一个垂直角度获取影像,再结合外业调绘补测来获取地形地貌。随着无人机技术、倾斜摄影技术及三维实景建模技术的发展,目前可利用倾斜三维进行高精度的裸眼三维测图。裸眼三维是在实景三维上进行采集,可以直接在墙面上采集,采集出的建筑直接就是去掉屋檐的建筑,省掉了大部分的外业工作量。裸眼三维的精度取决于三维模型的好坏、实景三维必须恢复的比较精细程度。目前,裸眼三维测图软件有清华山维EPS、航天远景Map Matrix3D、南方iData3D、DP-modeler等。