倾斜摄影测量三维重建在城市规划管理中的应用胡美丽--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

倾斜摄影测量三维重建在城市规划管理中的应用胡美丽

发表时间：2021/5/18 来源：《基层建设》2020年第35期作者：胡美丽

[导读] 摘要：随着计算机技术及传感器的不断发展，城市的数字化表达由二维逐渐过渡到三维，城市发展和建设逐渐趋于规模化和立体化。

        西安大地测绘股份有限公司陕西省西安市 710000
        摘要：随着计算机技术及传感器的不断发展，城市的数字化表达由二维逐渐过渡到三维，城市发展和建设逐渐趋于规模化和立体化。与二维数据相比，三维数据具有信息量丰富、感官真实等优势，使得动态交互的方式成为可能，在城市规划建设、应急管理等方面意义重大，如何建立高效、准确的城市数字三维模型是一个重要的研究方向。传统的手工建模方式需要大量的人力参与且获取的数据受到仪器安放位置的限制，难以对结构复杂的场景精确建模，同时成本高且效率低下。三维激光扫描技术的引入有效改善了手工方式的不足，精度和准确性大幅度提高，但扫描点云数据冗余量大，处理效率较低，算法复杂，同时激光扫描设备价格昂贵，不适用于大范围城市三维数据的获取。倾斜摄影测量技术的发展解决了以上方法的不足，具有人工干预少、范围广、纹理影像真实度高等优势，能够快速、高效、准确地获取城市三维立体模型，是城市规划管理中不可或缺的重要技术手段。
        关键词：倾斜摄影测量；三维重建；城市规划管理；应用
        引言
        传统的三维建模大多是人工干涉建立建模，使用Maya、PhotoShop和3dMax等优秀的建模软件，用遥感影像地形图和航空测量影像数据或地形图和人工实地拍摄的照片和测量的长宽高的数据建立模型。虽然这种建模方式做出的模型也能够用作观赏和地类规划，但是制作出的模型精度却达不到测量级要求，而且制作的模型纹理是后期加工合成的与建筑物实际的纹理存在很大差异使用户不能直观感受到实际物体的外观。同时人工建模所以必须有大量人工处理且制作者要具备很高的建模操作经验，制作过程也特别长导致模型的时效性很差，使得一些用户只能放弃对三维模型的需求。随着这些年无人机在市场上的保有量越来越高，基于无人机倾斜摄影测量三维建模技术也越发地成熟，这一技术有多视角，高效率，低人力，高质量等特点，可以360°全方位同时观测测量目标，获取目标表的体型、坐标、外部纹理、细部要素和色彩光影的变幻等。提高建模效率也是利用倾斜摄影三维建模技术能够在建模市场站稳脚步的重要手段。
        1无人机倾斜摄影测量技术
        倾斜摄影测量技术是测量技术的重要创新，对测量技术的发展具有重要作用，在工程测量中发挥重要的作用。倾斜摄影测量技术可实现同步影像采集，可以从不同的视角进行影像采集，提高摄影的分辨率。无人机倾斜摄影测量技术将计算机技术与建模技术相结合，充分展示测量物体的真实情况，构建三维模型，具备良好的三维地形建模水平，确保测量的高精确度。无人机倾斜摄影测绘技术主要由无人机、GPS定位技术、数码传感器、地面操作系统、数据处理平台等部分组成。无人机作为无人机倾斜摄影测绘技术的主体，有固定翼、多旋翼两种机型，主要发挥承载数码传感器的作用，数码传感器通过无人机的承载，可有效获取信息数据。GPS定位技术可对无人机的飞行位置进行实时定位，再利用地面操作系统对无人机进行操作，控制无人机的飞行状态，以便无人机可按照预定的航线飞行，确保数据获取的准确性。最后再利用信息技术搭建数据处理平台，对航测数据进行处理，利用获取的数据进行建模，强化数据解析能力。相比其他的测绘技术，该技术有利于完善“先内业、后外业”的作业体系，节省时间成本。
        2三维重建
        三维重建是指对某些三维物体或者三维场景的恢复重构，基于一个视图或者多个视图所获得的物体图像实现三维重建。单视图信息单一，三维重建需要非常复杂的算法和过程，基于单幅图像三维重建最广泛和最实用的方法，利用几何投影的原理进行重建，即利用图像的几何约束进行相机的参数估算，然后通过测量目标的几何形状或计算高度估算必需的深度信息，最后通过几何投影数字化三维模型，步骤烦琐且误差较大。多视图的方式模仿人类观察世界的方式，增加了信息量，尤其是立面纹理信息，故三维重建的实现相比之下较为轻松。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

        3倾斜摄影三维建模主要内容
        3.1外业像控选点测量
        外业像控点的选择直接关系到模型坐标精度的大小，根据航空摄影测量中关于像控点的选择和精度的要求和规范。选择相控点时要选择一旁有明确标志性建筑物的、在相片中能够清晰地看到选择的标志性物体，在没有标志性物体时应自己用颜色区分明显的油漆喷涂相控标志物，且标志图像边长大小不小于30公分。
        3.2多视影像场景坐标密集匹配
        Smart3D（ContextCapture）在数据处理时能够进行数据缺陷的修正，从而构建出多视影像三维数据，配合多视角倾斜影像密集匹配技术可将所获取到的影像数据覆盖至对应的单元网格上，并使用像方和物方信息的多影像匹配算法分析获取数据的多种特征信息，并对参考影像使用自适应特征点最优分组匹配的策略进行场景坐标密集匹配，如处理数据中出现遮挡区域，将根据多视倾斜数据中的冗余信息，采用最优化选取策略修正被遮挡区域对密集匹配所产生的影响，进行数据的运算过程中将会调用CPU、GPU加速策略，提升软件整体的运算速率，实现快速、准确的获取多视影像下不同影像中像素位置的同名坐标在该影像中的像方坐标，通过空间前方交会策略生成地面三维的高密度点云数据。为了更加准确地显示在不同比例下三维模型的结构属性，需要针对不同比例尺寸分别构建出不同层次的多精度三角网，将生成出的点云数据进行分割处理以得到区域点云数据，并通过执行抽稀命令提出区域点云数据中的重复数据，并对具有连续性变化的边缘区域数据进行解析，以起到优化边缘区域三角网的作用，以便获取更加精细的三维重构模型。
        4三维模型在城市规划管理中的应用
        （1）城市风貌展示及古建筑保护。三维城市模型可真实、详细地展示地理风貌，打破了传统方式中类似挑选具有代表性的场景并配以解说这些不直观的展示手段，为规划管理人员、旅游服务业及房地产开发业等带来了便捷。我国历史悠久，文化底蕴深厚，古建筑保护工作对延续城市历史风貌意义重大，三维城市模型对古建筑物日常保养、修缮甚至毁后重建可以提供精确的数字资料。（2）规划分析。在城市规划中可利用GIS中的日照分析、视域分析、天际线分析、限高分析、缓冲区分析等空间分析方法对城市建设进行规划。如日照分析可为房地产建设确定建筑物的间隔，在良好采光的条件下合理设计建筑物分布，视域分析可为旅游景点设计提供数据支撑，缓冲区分析可为学校、医院、消防站等城市重要标志选址提供支持。
        结束语
        现如今智慧城市和数字地球是测绘发展方向，从城市的建筑设计、公园景观绿植的规划、到旅游地点的预览、三维地图的发展，三维模型的使用对于人们来说越来越广泛。倾斜摄影三维模型数据能在城市交通、环境整治、电力和无线通网络的规划、城市基础设施建设规划管理、棚户改造和新农村建设、城市垃圾污染分布情况等诸多领域都能起到较大的作用。在其他方面，如地震洪水灾害的灾后重建、反恐救援、抢险救灾、文物保护等多种行业，也能起到很好的效果。
        参考文献：
        [1]张奇，徐斌，张冬，徐以泱.倾斜摄影测量三维重建在城市规划管理中的应用[J].智能城市，2021，7（04）：12-14.
        [2]赵翠晓.结合倾斜摄影测量和线划图成果的三维重建与发布[J].测绘与空间地理信息，2021，44（02）：202-205.
        [3]陆金平.倾斜摄影测量三维重建在城市规划管理中的运用[J].城市建筑，2020，17（35）：58-60.
        [4]肖雄武.具备结构感知功能的倾斜摄影测量场景三维重建[J].测绘学报，2019，48（06）：802.
        [5]胡文庆.倾斜摄影测量三维重建在城市规划管理中的应用研究[D].昆明理工大学，2016.