摘要:倾斜摄影测量技术是近年来发展起来的一项新的测量技术。它改变了以往航测遥感影像只能从垂直方向拍摄的局限性,倾斜摄影测量技术通过多台传感器从不同的角度进行数据的采集,快速、高效获取丰富的数据信息,真实地反映地面的客观情况,满足人们对三维信息的需求。目前,倾斜摄影测量技术已经应用于实际的生产实践。
关键词:倾斜摄影测量技术;曲面建筑立面图测绘方法;
最近几年在国内得到了极大地重视并且被广泛应用。对建筑立面进行准确并高效的提取是一个非常重要的研究方面而且具有一定的实践意义。另一方面,倾斜摄影测量是国际测绘领域最近几年来新兴的一种高新测量技术,可通过先进的定位技术,嵌入精确的地理信息,具有更丰富的影像信息、更高级的用户体验。
一、倾斜摄影技术特点
倾斜摄影技术通过在同一飞行平台上搭载5 台传感器,同时从一个垂直、四个倾斜五个不同的角度采集影像,拍摄相片时,同时记录航高,航速,航向和旁向重叠,坐标等参数,然后对倾斜影像进行分析和整理。影像数据不仅能够真实地反映地物情况,而且可通过先进的定位技术,嵌入地理信息、影像信息,获得更高的用户体验,极大地拓展遥感影像的应用范围。
1． 反映地物真实情况并且能对地物进行量测。倾斜摄影测量所获得三维数据可真实地反映地物的外观、位置、高度等属性,增强了三维数据所带来的真实感,弥补了传统人工模型仿真度低的缺点。增强了倾斜摄影技术的应用。
2.高性价比。倾斜摄影测量数据是带有空间位置信息的可量测的影像数据,能同时输出DSM、DOM、DLG 等数据成果。可在满足传统航空摄影测量的同时获得更多的数据。同时使用倾斜影像批量提取及贴纹理的方式,能够有效地降低城市三维建模成本。
3.高效率。倾斜摄影测量技术借助无人机等飞行载体可以快速采集影像数据,实现全自动化的三维建模。实验数据证明:1 ～ 2 年的中小城市人工建模工作,借助倾斜摄影测量技术只需3 ～ 5 个月就可完成。
二、倾斜摄影测量技术的曲面建筑立面图测绘方法
1.测区概况。本次项目测区改造涉及134栋建筑,临街店铺312 间、住户1025 家,将突出打造其具有传统韵味感知的现代商业空间。由于建筑物单体多为曲面建筑,通过三维激光扫描技术及倾斜摄影测量技术绘制建筑外立面图具有研究意义。
2.测量像控点。布点方案可以采取两种像控点布设方式:一种是航飞之后先根据影像确定特征点,再到实地进行像控点的采集。该方法对于特征明显的地物,高差较平坦的区域比较有效,且在一定程度上可以节省时间成本和生产成本。另一种是航飞前先到实地布设同时采集部分特征点,待航飞之后再根据与影像中的特征点到实地采集其它像控点。该方法对于无明显特征地物、人类活动较少以及森林比较茂密的测区有不错的效果,在实际的生产过程中应用较为广泛。本测区位于市区,呈十字状,测区内楼房林立,因此采用第一种方式较为合适。项目中我们选择道路交叉口斑马线或者具有明显标志且易于识别的地方作为控制点;并且F200 采用PPK 后差分技术,输出厘米级高精度定位数据,极大减少了控制点布设数量。测区共布设6 个控制点,其中黄色图标显示的即为控制点。根据初选控制点进行像控点的布设同时采集平高点坐标。外业像控点的采集按照“先整体后局部,先控制后碎部”的原则进行,在首级控制点和加密点的基础上,使用GPS RTK 采集像控点的坐标。
3.数字表面模型生成和真正射影像纠正。多视影像密集匹配能得到高精度高分辨率的数字表面模型DSM,充分地表达了地形地物起伏特征,已经成为新一代空间数据基础设施的重要内容。
由于多角度倾斜影像之间的尺度差异较大,加上较严重的遮挡和阴影等问题,基于倾斜影像的自动获取DSM 存在新的难点。可以首先根据自动空三解算出来的各影像外方位元素,分析与选择合适的影像匹配单元进行特征匹配和逐像素级的密集匹配,引入并行算法,提高计算效率。在获取高密度DSM 数据后,进行滤波处理,将不同匹配单元进行融合,形成统一的DSM。多视影像真正射纠正涉及物方连续的数字高程模型DEM 和大量离散分布粒度差异很大的地物对象,以及海量的像方多角度影像,具有典型的数据密集和计算密集特点。在有DSM 的基础上,根据物方连续地形和离散地物对象的几何特征,通过轮廓提取、面片拟合、屋顶重建等方法提取物方语义信息;同时在多视影像上,通过影像分割、边缘提取、纹理聚类等方法获取像方语义信息,再根据联合平差和密集匹配的结果建立物方和像方的同名点对应关系,继而建立全局优化采样策略和顾及几何辐射特性的联合纠正,同时进行整体匀光处理。
4.内业处理。将外业飞行数据导入利用计算机中,其中包括影像数据和POS 位置数据。这是获取飞行数据之后的第一步,也是所有后续处理的基础,因此一定要保证数据整理正确无误,并使影像数据与POS 位置数据一一对应好,为导入Context Capture 做准备。在Context Capture 软件平台中导入数据并设置完参数后(采用默认设置即可),在概要界面点击提交空中三角测量计算,在保持每一步默认的提示下提交任务。空三任务完成后,软件会生成一个空三报告,以便查看了解空中三角测量计算的成果。空三计算完成后,需要将利用武汉天际航公司的OSG 格式转换工具,将OSGB 模型文件转换为DP Modeler 可识别的OSG文件。在输入输出文件夹以及输入输出类型中选择对应项,并输入偏移值,点击右下脚开始转换进行文件格式转换,以便DPmodeler 软件平台的读取写入。基于DP Modeler 平台,进行建筑立面绘制。将绘制建筑立面的模型成果进行图形矢量化,方便之后导入AutoCAD 或者制图软件进行其他作业。
5.精度检验。为了对比倾斜摄影测量与常规全站仪测量方法的精度,利用南全站仪,参考全站仪测量规范,采用对边测量的模式对建筑立面进行抽样采集。为尽量体现抽样数据的代表性,选取特征明显的建模立面进行测量,采集数据特征作业成果符合要求。
三、展望
近几年,倾斜摄影测量技术得到了迅速的发展,由于倾斜摄影测量技术能够获取建筑物、树木等地理实体的纹理细节不但丰富了影像数据源信息。同时,高冗余度的航摄影像重叠,为高精度的影像匹配提供了条件,使得基于人工智能的三维实体重建成为了可能。分层显示技术、纹理映射技术成为倾斜摄影测量和建模的关键支撑点,极大地提升了三维建模的效率,同时也降低建模的生产成本。目前,基于倾斜摄影测量成果的应用还比较少,因此,大量的应用创新点挖掘还需要逐步深入。同时我们不能局限于倾斜摄影测量技术,还需要研究其与雷达、红外、多光谱、高光谱等多种的传感器的结合,将他们集成在更小的无人机上拓宽摄影测量技术的应用范围,未来基于点云数据计算的大规模三维数据生产使得工程测量、三维建模等工作进行颠覆性的变革,开启三维遥感的新时代。
本次将倾斜摄影测量技术应用于城市临街建筑提取,针对倾斜摄影测量技术在临街建筑立面进行提取作业过程中内外业遇到相关的技术问题进行了应用试验,并与常规测量方法进行精度和工作效率的对比分析,项目研究是测量高新技术在测绘领域中有益的尝试,对提高作业效率、改进作业模式有重要意义,也可对以后类似项目提供参考依据。
参考文献:
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