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轉(zhuǎn)自筑龍網(wǎng) 近年來，各地的智慧城市建設(shè)正如火如荼地展開，城市三維數(shù)字模型逐漸成為構(gòu)建智慧城市的重要基石，地理信息系統(tǒng)作為城市建設(shè)的基礎(chǔ)內(nèi)容，也越來越受到重視。 GIS模型展示及測(cè)量應(yīng)用 2017年，湖南建工BIM中心工程師攜八旋翼多鏡頭無人機(jī)，赴郴州經(jīng)開區(qū)進(jìn)行傾斜攝影航測(cè)作業(yè)，利用航測(cè)數(shù)據(jù)建立三維GIS模型，助力郴州經(jīng)開區(qū)智慧互聯(lián)平臺(tái)建設(shè)。 新興的傾斜攝影技術(shù)能建立高質(zhì)量的城市三維GIS模型，結(jié)合BIM技術(shù)為智慧城市建設(shè)提供有力支撐?；贕IS的實(shí)景三維模型可以服務(wù)智慧城市建設(shè)，同時(shí)，在規(guī)劃、國(guó)土、水利、旅游等領(lǐng)域的應(yīng)用也意義重大，前景廣闊。 此次傾斜攝影三維建模包括對(duì)項(xiàng)目范圍內(nèi)20余平方公里的航測(cè)數(shù)據(jù)采集和后處理，目前，建模工作已完成，本文將對(duì)無人機(jī)傾斜航測(cè)技術(shù)及數(shù)據(jù)處理進(jìn)行介紹。
傾斜航測(cè)基本原理 傾斜攝影是近年來航測(cè)領(lǐng)域逐漸發(fā)展起來的新技術(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)航測(cè)采集的垂直攝影數(shù)據(jù)，通過新增多個(gè)不同角度鏡頭，獲取具有一定傾斜角度的傾斜影像。 應(yīng)用傾斜攝影技術(shù)，可同時(shí)獲得同一位置多個(gè)不同角度的、具有高分辨率的影像，采集豐富的地物側(cè)面紋理及位置信息。 基于詳盡的航測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行影像預(yù)處理、區(qū)域聯(lián)合平差、多視影響匹配等一系列操作，批量建立高質(zhì)量、高精度的三維GIS模型。
航測(cè)數(shù)據(jù)采集及處理 航測(cè)范圍確定 航線規(guī)劃軟件（地面站）的地圖數(shù)據(jù)來源于Google Earth，規(guī)劃航線之前，在Google Earth中確定項(xiàng)目航測(cè)范圍，了解航測(cè)地貌，進(jìn)行合理的飛行架次劃分，優(yōu)化航拍方案，提升作業(yè)效率。
航線規(guī)劃及參數(shù)設(shè)定 傾斜航測(cè)的飛行參數(shù)包括高度、速度、拍攝間隔、航向間距、旁向間距等，不同的參數(shù)設(shè)置對(duì)航測(cè)的精度、效率等產(chǎn)生影響。 航測(cè)作業(yè)前，綜合考慮飛控距離、電池消耗、地形地貌、建筑物分布、測(cè)量精度等因素，使用地面站軟件進(jìn)行航線規(guī)劃和參數(shù)設(shè)定，飛行高度、地面分辨率及物理像元尺寸滿足三角比例關(guān)系。
無人機(jī)航測(cè)作業(yè) 地面站設(shè)置及無人機(jī)組裝完成后，即可開始航測(cè)作業(yè)。無人機(jī)將依據(jù)指定的航線及參數(shù)設(shè)置，自動(dòng)完成航拍任務(wù)，操作人員觀察無人機(jī)位置及地面站實(shí)時(shí)飛行參數(shù)即可，每天可完成2-3平方公里的航測(cè)任務(wù)。
傾斜航測(cè)采集的數(shù)據(jù)包括各拍攝點(diǎn)的多角度影像信息和對(duì)應(yīng)的pos數(shù)據(jù)。影像信息由五鏡頭相機(jī)獲取，無人機(jī)搭載相機(jī)以恒定速度對(duì)地面進(jìn)行等距拍照，采集到具有70%重疊率的相片； pos數(shù)據(jù)由飛控系統(tǒng)在相機(jī)拍照時(shí)生成，與相片一一對(duì)應(yīng)，賦予相片豐富的信息，包括經(jīng)緯度、高度、海拔、飛行方向、飛行姿態(tài)等。
多角度影像（左）及pos數(shù)據(jù)（右） 航測(cè)數(shù)據(jù)后處理 采用ContextCapture完成本次航測(cè)的后期GIS數(shù)據(jù)處理。ContextCapture是基于影像自動(dòng)化進(jìn)行三維模型構(gòu)建的并行軟件系統(tǒng)，軟件建模對(duì)象為靜態(tài)物體，輔以相機(jī)傳感器屬性、照片位置姿態(tài)參數(shù)、控制點(diǎn)等信息，在進(jìn)行空中三角測(cè)量計(jì)算、模型重建計(jì)算后，輸出相應(yīng)GIS成果，以供瀏覽或后期加工。常見的輸出格式包括OSGB、OBJ、S3C、3MX等。 1pos數(shù)據(jù)整合 飛控系統(tǒng)生成的pos數(shù)據(jù)包含后處理所不需要的信息，且格式也不符合后處理軟件的使用要求，不能直接用于后期數(shù)據(jù)處理工作。原始pos數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、分類處理后，才能用于后處理軟件。 2空間三角測(cè)量計(jì)算 航測(cè)過程中，照片組對(duì)應(yīng)姿態(tài)的精確性可能會(huì)受到影響，致使影像信息缺失。而ContextCapture進(jìn)行三維重建時(shí)，要求各個(gè)照片組具備非常精確的屬性以及對(duì)應(yīng)的姿態(tài)參數(shù)，此時(shí)可以通過空中三角測(cè)量計(jì)算對(duì)影像定位信息嚴(yán)格配準(zhǔn)，選定參數(shù)自動(dòng)準(zhǔn)確估算每幅影像的位置、角元素和相機(jī)屬性，獲得缺失的影像信息。 空中三角測(cè)量計(jì)算是后期數(shù)據(jù)處理過程中的重要一步，其生成的粗略3D視圖有助于理解相片和拍攝場(chǎng)景的空間結(jié)構(gòu)，同時(shí)空間三角計(jì)算結(jié)果也是三維重建計(jì)算的基礎(chǔ)。 3三維重建計(jì)算 三維重建計(jì)算在指定坐標(biāo)系下完成，本項(xiàng)目采用WGS84坐標(biāo)系。由于拍攝范圍大，影像數(shù)據(jù)多，完成重建所需的計(jì)算機(jī)內(nèi)存往往達(dá)到上百G，普通計(jì)算機(jī)無法一次性完成重建計(jì)算，應(yīng)根據(jù)計(jì)算機(jī)性能重建框架，調(diào)整重建范圍及瓦片大小，將原框架分為若干個(gè)大小相同的數(shù)據(jù)切塊，分塊進(jìn)行重建計(jì)算。 4數(shù)據(jù)集群處理 集群處理可按如下操作進(jìn)行：搭建局域網(wǎng)，將一臺(tái)計(jì)算機(jī)作為服務(wù)器，局域網(wǎng)內(nèi)其他計(jì)算機(jī)作為節(jié)點(diǎn)連接至服務(wù)器組成群組，任務(wù)提交后，服務(wù)器統(tǒng)一分配子任務(wù)至各節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)完成子任務(wù)后，將處理結(jié)果返回至服務(wù)器，并接受新的子任務(wù)直至任務(wù)完成。 相對(duì)與單機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，集群處理有更高的可靠性和容錯(cuò)率，當(dāng)群組中一個(gè)節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，原本分配至此節(jié)點(diǎn)的子任務(wù)將自動(dòng)分配至其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算;同時(shí)集群處理也能降低成本，龐大的GIS數(shù)據(jù)量，對(duì)于單機(jī)的儲(chǔ)存空間和數(shù)據(jù)處理速度都提出極大考驗(yàn)，將普通的計(jì)算機(jī)進(jìn)行集群則可有效降低硬件成本，發(fā)揮與高性能計(jì)算機(jī)相當(dāng)?shù)倪\(yùn)算能力。我們將34臺(tái)計(jì)算機(jī)分為兩個(gè)群組，集群進(jìn)行三維重建計(jì)算，提高數(shù)據(jù)運(yùn)算效率，在一周內(nèi)完成了50多個(gè)架次，共計(jì)20余平方公里的數(shù)據(jù)處理。 基于ContextCapture建立的三維GIS模型，存在由于錯(cuò)誤的影像匹配或者較差的幾何姿態(tài)造成建筑變形(紋理拉花、結(jié)構(gòu)扭曲、破面缺面等)、懸浮物、丟失部件等情況。通過天際航DP-Modeler軟件對(duì)模型進(jìn)行精修重建，使地物要素完整，從而達(dá)到后期三維GIS應(yīng)用。智慧互聯(lián)平臺(tái)需實(shí)現(xiàn)對(duì)片區(qū)內(nèi)的部分建筑進(jìn)行單獨(dú)的選中、賦予屬性、查詢屬性、數(shù)據(jù)管理等操作，因此需對(duì)傾斜模型進(jìn)行單體化處理。我們通過利用建筑物、道路、樹木等對(duì)應(yīng)的矢量面，對(duì)傾斜攝影模型進(jìn)行切割，把連續(xù)的三角面片網(wǎng)從物理上分割開，從而實(shí)現(xiàn)單體化。 精修及單體化步驟：三維重建模型→補(bǔ)充影像采集→局部分離編輯→精細(xì)化修編重建→更新合并。 在BIM+GIS領(lǐng)域的深度應(yīng)用 使用傾斜航測(cè)技術(shù)可在短時(shí)間內(nèi)建立大規(guī)模的城市三維GIS模型，實(shí)現(xiàn)城市空間全方位、高精度的可視化表達(dá)。 本次無人機(jī)傾斜攝影三維建模，旨在推進(jìn)湖南建工集團(tuán)BIM中心在BIM+GIS領(lǐng)域的深度應(yīng)用，有效地整合建筑信息和地理空間信息，構(gòu)建出最重要最核心的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)
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