三维智慧城市建设

1、倾斜摄影测量系统应用案例三维智慧城市建设浙江中海达空间信息技术有限公司一、项目概况1。项目背景为了建立智慧城市管理系统，通过对某城区城区建筑部件进行倾斜摄影，建立城市三维立体模型。城区测量面积约10平方公里。倾斜摄影测量技术以大范围、高精度、高清晰得方式全面感知复杂场景，通过高效得数据采集设备及专业得数据处理流程生成得数据成果直观反映地物得外观、位置、高度等属性，为真实效果与测绘级精度提供保证。通过倾斜摄影建模，实现城市三维漫游、显示与管理,使城市管理更加直观方便、我公司作为项目承建单位，根据业主要求与项目技术服务要求，成立了项目组，配备了软硬件设备，承担该市城区约10平方公里5Cm分辨率航空

2、影像数据、倾斜影像图与建筑三维模型、编写了技术实施方案与项目实施计划，承担该城区约10平方公里5cm分辨率航空影像数据、倾斜影像图与建筑三维模型。2 .主要软硬件设备序号软硬件名称数量备注1计算机工作站3套2OS-M8无人机2架一架应急备用3中海达V60RTK2台4工具车1辆5Smart3D软件4套6航天远景软件2套7计算机、办公软件等小8Photoscan数据处理软件2套9OSketch4套图11图1-2,中海达OS-M8八旋翼无人机3 .作业依据a)1:500、1:1000、1:2000比例尺地形图航空摄影规范(GB/T69622005);b)1:500、1:1000、1:2000地形图航

3、空摄影测量数字化测图规范(GB/T159672008);c)1:500、1:1000、1:2000比例尺地形图航空摄影测量外业规范(GB/T7931-2008);d)1:5001:10001:2000外业数字测图技术规程(GB/T149122005);e)国家基本比例尺地图图式第一部分：1:500、1:1000、1:2000地形图图式(GB/T20257、1-2007);f)卫星定位城市测量技术规范(CJJ/T732010);g)数字测绘产品检查验收规定与质量评定(GB/T183162008);h)城市测量规范(CJJ899);i)全球定位系统实时动态测量(RTK)测量技术规范(CH/T200

4、92010);j)全球定位系统(GPS)测量规范(GB/T183142009);k)低空数字航空摄影测量内业规范(CH/Z3003-201090);l)低空数字航空摄影测量外业规范(CH/Z3004-2010);m)低空数字航空摄影规范(CH/Z30052010);n)基础地理信息数字成果1:5001:10001:2000数字倾斜影像图(CH/T9008、32010);o)数字航空摄影测量空中三角测量规范(GB/T232362009);p)数字测绘成果质量要求(GB/T17941-2008);q)测绘作业人员安全规范(CH10162008);r)测绘技术设计规定(CH/T10042005);s

5、)测绘技术总结编写规定(CH/T1001-2005);t)航空摄影产品得注记与包装(GB/T16176-1996);u)地球空间数据交换格式(GB/T17798-1999);v)基础地理信息要素分类与代码(GB/T139232006);本次项目实施以本项目技术要求为准,如本设计书未提及部分参照相关国家标准、4. 成果技术指标及规格4。 1数学基础成图精度及要素取舍参照国家1:500比例尺标准。4。2产品规格(1)测区面积：10平方公里；(2) 影像分辨率:5cm;(3)椭球体：WGS84;(4)数据格式：GeoTiff;(5)坐标系：CGSS2000;(6) 交货方式:整体提交,电子光盘,物流

6、快递;5. 作业流程航空摄影测量就是利用航空飞行器所获取得影像数据,构建立体模型测定目标物得形状、大小、空间位置、性质与相互关系得科学技术、目前生产采用得数字摄影测量就是利用数字立体影像,借助计算机技术提取所摄对象得几何与物理特征,并用全数字化方式进行得摄影测量。该项目主要利用近年来成熟得中低空无人机航空数字摄影技术,对项目区域获取高分辨率得航空影像数据;首先根据测区得地形、地貌条件,制定合理得航摄计划,选择最有利得飞行时机,利用先进得低空数码航测技术对测区进行航空摄影,获取测区得最佳影像资料。本项目采用小型无人机搭载倾斜影像测量系统进行航摄获取原始影像影像数据,具体作业流程如下图:图1-2全

7、过程质量控制4图12，作业流程图二、航空摄影测量实施1、 设备选择及技术要求1 。1飞行器选择中海达OSM8八旋翼无人机、机身自重7.1KG,多旋翼飞机轴距1280mm,旋翼长度18寸，飞行时长3045min,最大载荷5kg,飞机升限4500m，控制半径10km,巡航速度012m/s,升降速度2-10m/s,作业环境-10+40C,最大抗风能力6级,航线自主飞行，双星双控、断桨保护、失控返航。可满足本次航空摄影测量任务。1、 2航摄相机选择采用本公司自行研发得5镜头倾斜摄影测量相机,其中1个垂直向下，前、后、左、右四个方向各一个镜头，倾斜角度45度，相机重量2。1kg,镜头焦距10、4mm,总

8、像素大于1亿，同步记录曝光点pos数据信息,gps数据信息，最大影像分辨率2cm。作业环境-10+40。1.3航摄技术要求航空摄影测量就是利用无人机作为遥感传感器得飞行平台,使用所搭载得传感器,近地面区域对测区进行航拍摄影,通过无人机得姿态信息对获取得影像进行解算与拼接,并对数据进行提取分析,进而实现对测区地表特征进行监测。获取可用于绘制1:500地形图与数字倾斜影像图得立体影像。航空摄影测量应根据不同测区得地形特点,在确保测图精度得前提下,本着有利于缩短成图周期、降低成本、提高综合效益得原则,航摄相对航高按下式计算fxGSDH=a式中：H摄影航高，单位为米（m）;f-镜头焦距，单位为毫米（m

9、m）;a像元尺寸，单位为毫米（mm）;GSD地面分辨率，单位为米（m）。像片重叠度、像片倾斜角、像片旋偏角、航线弯曲度、影像质量等飞行质量与摄影质量要求必须符合CH/Z30052010低空数字航空摄影规范得要求、2、航摄区域任务规划及航线设计2。1航线布设及飞行工作量A）航线布设原则：航线按照测区走向直线方法布设，平行于测区边界线得首末航线得侧视镜头能够获得测区得有效影像。考虑到倾斜摄影相机拍摄角度，为保证边缘物体立体成像，航线覆盖超出测区边界线至少200米。当任务目标区域范围过大或者目标区域落差较大，需考虑分区域对测区进行航拍测量。对于此次任务得目标区域范围较大且测区得形状不规格，避免航线过

10、长，可将此次航测区域范围分为几个测区，以下图为范例，将航测区域范围分成了7个测区图21航摄分区图B）航测工作量计算及工作安排：测区航线根据高空风向以及测区形状决定航线得敷设方式。根据对测区精度得需求，根据航测照片得重叠度以及相机参数，由电脑计算出航线间距以及相机拍照间距，便可确定航线，并根据现场风力得大小情况确定飞机得作业速度（风越大飞机得作业速度设计得越小，这样飞机有更多得时间调节姿态，以保证飞机影像得可靠性）。根据每架次飞行最大时间30分钟,每架次作业安照0、8小时计算。每天飞行架次。可计算飞行所需总架次，即可计算多少航摄日即可完成全部航拍任务。附飞行工作量预算表表2.1飞行工作量预算表分

11、区航线长度（km）测区向积（km2）飞行架次（次）总时间（小时）分区1分区2分区3分区4分区5分区6分区7合计C）测区航线图对该市测区分区后，规划好每个区得航线，基本设计方式如下图2-2分区1航线图图2-3分区2航线图图2-4分区3航线图图25分区4航线图图2-6分区5航线图图2-7分区6航线图图28分区7航线图2。2航飞作业A）摄影时间选择摄影时间根据地形条件、气象条件与本地特点选择在上午9:00至下午5:00之间进行，减少相片中阴影面积。并避免在大风，下雨及能见度不好得天气情况下飞行。B）飞行要求1）按设计航迹坐标采用GPS导航；2）需要分区时,航向航线重叠至少1张照片,旁向航线重叠至少1

12、条航线。3）像片重叠度航向80%，旁向70%。4）像片倾角一般不大于5°,个别最大不超过120,出现超过8°得片数不多于总数得10%。要求没有航摄漏洞出现。5）像片旋角一般不大于15°,个别最大不超过300,在同一条航线旋角超过20°相片数不应超过3片,超过15°旋角得像片数不得超过分区像片总数得10%、像片倾角与像片旋角不应同时达到最大值。6）像片能满足制作1:500倾斜影像图得要求。C）航摄质量控制与保障项目航飞过程中,必须遵守以下要求:航飞摄影测量开始前,工程技术人员尽可能详细了解测区得地形、气象、交通等信息,认真审核项目实施方案,作好进

13、场前得各项准备。飞行员要了解测区空域情况,熟悉周边机场位置与现场空中管制及通讯联络方式、要求。飞行中采用GPS导航系统，按照航线设计数据飞行,数码航空摄影时,飞行要尽可能平稳,旋偏角、航偏角不能超过规范要求。D)航测作业过程中得注意事项：1) 在充分了解测区情况后,需要根据测区得具体情况以及作业精度要求与作业安全得考虑,选取合适得起飞点,起飞点得选取包括整个测区得通视情况、飞机安全起飞降落平台得宽阔及地面得平整性、起飞点位于测区相对高程较高处以保证视野等综合因素。2) 起飞前需检查飞机各个部位得螺丝以及各部分设备之间就是否出现松动,如有松动一定要拧紧。3) 电池在安装前必须拿测电器检查就是否满

14、电,如果电量不足,则切记不可使用,需换一组电池,避免出现意外。在安装电池时电池不要靠GPS靠得太近避免因飞机震动导致电池与GPS接收机有碰撞，也避免了电池自身得磁场对GPS得干扰。4) 飞机先接飞控电,动力电需等航线规划、上传验证无误、以及相机等其她一切设备都准备就绪了才能接电,且在接动力电时一定要确认相机就是在关机状态。准备无误,接通动力电,相机开机,检查相机就是否正常工作,一切无误后,主控手操作飞机起飞,并进入航线。注意在野外作业时,如果场地灰尘较大应提前准备起飞降落得布,防止因起飞得风力造成得灰尘卡住相机,进而损坏相机。5) 在进入航线后,在航线自主导航飞行过程中主控手与地面站人员需配合

15、默契、主控手主要负责飞机得起飞降落,以及飞行过程中实时关注飞机状态,时刻准备应对突发状态;地面站人员需时刻关注地面站上飞机得回传信息,包括飞机位置、高度、电池电量、飞机姿态、双子星数据等,并时刻与主控手保持联系,确保主控手能实时了解飞机状态。6) 在航线结束后,由主控手操控飞机降落,飞机降落后,不着急断电,但要注意现场安全。飞机降落后,在地面站上获取飞机得pos数据、航线截图、以及检查相机照片数量就是否与poS数据一致。检查数据无误后，先将相机关机，然后断动力电,最后在断飞控电、收拾设备,注意不要遗漏。E)像控点得选取从野外回来,及时将相机里得照片拷贝出来,由于相机由五个镜头组成,每个镜头得照

16、片都就是独立得,所以在拷贝照片时要分镜头存储,备份。从正射相片中选取该测区得像控点、因为像控点精度严重影响测图精度,所以在选取像控点时,一定要选纹理分明得点以保证像控点精度。像控点精度主要包含两个方面,一就是像控点得测量精度,二就是像控点影像目标精度，前者现在普遍采用GPS进行测量，精度较高,一般小于5个cm得测量误差,可以忽略不计,但像控点影像目标精度就不一样了,它取决于地表影像纹理得丰富程度,所以在选取时应选择纹理明显得,对空通视,像控点位置平坦并均匀分布在测区,如果测区无明显纹理地物，则应该先布设像控点目标可提高精度。在室内找好像控点后，到现场踩像控点就是记得做好记录、拍照。回到室内整理

17、好点之记。F）整理与质量检查影像得地面分辨率优于0、05米,保证影像清晰，反差适中，颜色饱与，色彩鲜明，色调一致，能够辨别与地面分辨率相适应得地物影像。航摄过程中出现得绝对漏洞、相对漏洞及其它严重缺陷要进行补摄，漏洞补摄按照原设计航迹进行。对于不影响内业加密点与模型连接得相对漏洞及局部缺陷（如云、云影、斑痕等）,可只在漏洞处补摄。补摄航线长充应超出漏洞外一条基线、G）数据整理与移交需移交得数据包括：航线截图、POS数据、原始照片、像控点坐标（如果坐标需转换则需提交原始坐标以及转换后得坐标）、像控点点之记、差分数据。如果飞机架次较多需按日期、架次分好文件夹。三、数据处理本项目得三维数字城市模型运

18、用Smart3Dcapture强大得基于图像密集匹配技术得快速三维场景运算功能，进行倾斜摄影空中三角测量解算、进行地面景物得逼真实景真三维重构，最终达到实现全要素得三维数字城市模型及场景生产得目得、本项目得技术流程如图所示：倾斜摄影图31数据处理技术流程图原始影像PO缴据地面控制点CORSJ:力J1倾斜影像垂直影像POS解算3。 1航空摄影测量数据处理要求(1) 消除影像畸变差、(2) 增加外业像控数量,提高空三加密得精度、(3) 内业测图,多调用相关像对,尽量不使用像对边缘部分测图。3、2数据预处理由于倾斜摄影相机装备了5个不同朝向得相机,倾斜摄影角度为45°。在拍摄曝光得瞬间,5

19、个相机所拍摄得角度不一致,就必然会出现光线反差、强度等得不一致;这样就有可能导致出现同一地物影像在不同相机下得色彩、明暗程度出现差异,最终影响到三维真实场景得精度与效果。在影像质量检查阶段与Mosa1c阶段对影像颜色进行调整,解决测区局部因为天气影响导致得有雾、反差较差等颜色问题,以消除因为雾气、反差等因素得影像。(4) 空中三角测量(1)数据准备:根据测区范围选择影像;整理pos数据;对相机文件进行分析,获得焦距、像素等相机参数;确定飞行方向对影像进行旋转;建立金字塔,对原始扫描影像文件进行压缩处理,提高运算速度。(2)在Smart3DCapture软件中创建工程，导入预处理后得倾斜影像、P

20、OS成果、像控成果等数据。(3)影像自动匹配,利用同名光线匹配影像左右片得同名点,对特殊地貌、阴影、遮挡等原因导致得连接点不够,反复增加此处得相对定向点重新匹配。(4)相对空三解算，达到相对定向连接点上下视差中误差为1/3像素，连接点上下视差最大残差为2/3像素。(5)量测控制点，在立体显示环境下，结合外业控制点像片与点之记，精确量测控制点。相对空三解算通过后再量测，选取控制点，进行绝对解算、(6)绝对空三解算，绝对定向与区域网平差计算后，基本定向点残差、检查点误差。然后根据需要导出不同格式得模型数据。图32Smart3DC印ture软件中空三加密过程3、4实景真三维模型生成A）三维重建空三加密后获得了高密度得点云数据，对于该城区得海量数据，采用切块分割得方式将该市航测按数据密集程度分割成数块。构建不规则三角网TIN数据，并生成白膜得三维模型。对生成白膜得三维模型赋予纹理，由于倾斜摄影能够获取详细准确得影像与地理信息，再加上先进得定位技术所获取得影像都具有精确得坐标信息，通过纹理映射，可自动迅速地将影像纹理贴在相对应得三维模型面上，以此生成基于影像纹理得高分辨率倾斜摄影三维模型（如图3-3所示）图3-3TIN数据图35白模模型图3-6基于影像纹理得高分辨率倾斜摄影三维模型B）模型得修复与编辑在全自动实景真三维建模