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海量级倾斜三维数据生产及应用平台建设

2020-11-09 11:26:09 96 发布:中科北纬

一、引言

       实景三维建模技术能够自动生成高分辨的、带有逼真纹理贴图的三维模型。模型效果逼真,要素全面,而且具有测量精度,不仅带给人身临其境之感还可用于测量学应用,是现实世界的真实还原。目前随着软硬件的发展和进步,数据获取,数据处理的线路已经趋于成熟,数据的应用也越来越多,广泛应用于各行各业。本项目从数据获取,数据生产以及可视化平台建设的流程来进行呈现。

 二、项目来源  

       为了实时掌控经济开发区园区房屋拆迁、土地利用、三规规划以及园区企业信息统计等信息;进一步高效、合理的城市规划、建设、管理以及招商引资等工作提供准确数据支撑。受甲方委托,对该园区180平方公里区域进行大比例尺倾斜摄影数据获取、数据生产以及三维可视化平台建设工作。


作业范围示意图

测区地势从东渐向西北倾斜,海拔最高点为1610米,最低点为处地面海拔666米。大部分地区在1200米至1300米之间。

三、数据获取  

1、技术路线


       在项目开始作业之前,首先收集测区相关资料,包括控制点成果、坐标系统和高程基准,已有成果资料等。接着,针对任务进行无人机设备选型和设计,并报送业务主管部门审批,制定无人机航飞方案,并进行空域申请,明确无人机搭载的传感器类型、地面分辨率、飞行高度、架次、重叠度等。在具备外业生产条件后,按照外业设计方案,进行像控点和倾斜影像数据采集工作。

2、作业流程

2.1  像控点布设以及测量

根据项目要求,参照谷歌地图,对测区内情况做分析,根据测区实际地形情况,进行像控点布设;具体布设方式参照内业预选位置,保证测区均匀分布,结合实地情况选择明显标志、地物点作为像控点,并拍照标记方便制作点之记文件,方便内业数据处理,全测区共布设了941个像控点。


实际像控点分布情况


像控点测量

2.2 倾斜数据采集

2.2.1 飞行平台

       由于测区为大面积山区,高程落差大,对于航飞起降要求较高,为了作业安全和提高效率,因此最终确定投入3套固定翼垂直起降无人机系统,其中包括,2套飞图横空六号系统和1套韦加翔宇Ⅱ号系统;此系统均支持PPK差分模式,固定翼续航模式续航时间久,效率高,可无需遥控器,自动垂直起降,方便作业。

· 飞图横空六号无人机系统


技术参数表

飞机类型

混合固定翼

任务仓

可更换

起降方式

垂直起降

自动驾驶

全自动起降、自动航线

机身材质

复合材料

续航时间


固定翼模式≧150分钟
 旋翼模式≧30分钟


翼展

2.5米

抗风等级

6级(12m/s)

起飞重量

7.9kg

最大升限

4000m(海拔)

空速计


双空速计
带加温除冰、除水功能


相机型号

DG3


· 韦加翔宇Ⅱ号无人机系统



翔宇二号无人机系统

2.2.2 倾斜航飞

       根据甲方提供的测区范围线,导入对应地面站进行飞行航线的规划和拍摄参数的设置,根据不同地形和区域设置不同的规划航线。       按照项目设计要求和工期要求,将全测区划分为三个区域,三个区域同步进行作业生产工作。

· 航线主要参数

飞机型号

翔宇二号

航向重叠度

80%

相机型号

YY-7RM2-FY01

旁向重叠度

70%

分辨率

0.033m

相对航高

280m

飞行速度

24m/s

拍照间距

48m

航线规划主要参数1

飞机型号

横空6号

航向重叠度

80%

相机型号

DG3

旁向重叠度

70%

分辨率

0.041m

相对航高

300

航线规划主要参数2

部分航线规划示意图1


部分航线规划示意图2

· 航飞情况统计


由于天气原因,外业航飞时间为11天,总航飞架次数量为84架次,总照片数量为79万张,具体如下表所示


· 飞行作业展示


横空六号


翔宇二号

2.2.3 飞行质量检查

       本项目飞行总体质量较好,航线弯曲度较小, 像片有效范围覆盖了项目要求的全部摄区。在航线上超出成图范围的基线均在三条以上,全区无摄影绝对漏洞。符合设计要求。由于航飞时间属于雨季,导致部分架次影像色彩上存在有局部色彩,但整体可以通过后期匀色处理,不影响数据处理工作开展。


四、数据处理

1、技术路线

本项目数据处理采用M3D软件进行处理,M3D能够快速实现大面积倾斜数据的处理,可以完成正射影像(DOM)和实景三维模型等成果的生产。

将全测区划分为多个10万+左右照片数据,可在无控制点情况下处理,空三通过率极高;并具有超快的平差速度,对于10万张左右的影像数据,64G内存下平差≤1小时,使数据处处理效率达到最大化,极大节约了数据处理时间。

2、处理流程

2.1  建立工程

       M3D软件创建工程相对简单,建立工程时,可手动选择配置好的机器作为主机,以便于最大化利用计算机资源。可有效避免集群处理时,空三靠后阶段软件随机选择到低配置主机致使空三易失败的情况,有利于提高空三成功率。




2.2  自由网空三处理

M3D处理大数据量照片,空三不需要预先测量控制点,可依据照片pos信息直接提交空三,优先完成自由网空三成果,在此基础上进行控制点量测、平差,整个流程符合传统摄影测量软件空三处理方式如:Photomod、Inpho等;且空三成果可输出多种数据交换格式如:XML、PATB等。



部分自由网空三结果

2.3  控制点量测以及平差

M3D控制点量测方式为半自动预测,在完成自由网构建后,将控制点与影像进行人工关联操作,有效的控制点集合需要包含3个或以上的控制点,且每一控制点均具有2张及以上的影像刺点。然后利用前方交会,软件可快速在影像中预测出控制点的位置。

通过建立连接点和控制点坐标文件,实现多视角影像自检校区域网平差迭代计算,通过多次反复联合解算,最终得到满足项目要求的平差结果。

控制点量测界面


部分控制点精度表

2.4  三维模型生产

在Mirauge3D软件中,空三精度合格后,对其设置片区,调整模型输出范围、调整大小,提交三维重建,待任务完成后,可以获得高精度的实景三维模型成果。  


部分模型效果图







五、可视化平台建设

1、平台功能需求

(1)三维模型的可视化支持将多时相数据组合、叠加、符号化显示和放大、缩小、漫游、前视图、后视图等浏览功能;具有三维漫游功能,支持拖动、滑动、飞行模式;支持多视角浏览,包括平视、仰视、俯视角度;支持全方位旋转可视等。

(2)基本量测功能对二维数据进行距离、面积量测功能;对三维模型数据进行空间距离量测的功能;对三维模型数据进行水平面积量测的功能。(3)多源数据融合平台支持矢量数据、影像数据、高程模型数据、地名地址数据、三维模型数据、新型测绘产品数据及其元数据。

(4)建筑物属性信息查询

可以点选,框选的方式选择建筑物,并且自动统计出面积等属性。

(5)三规查询(土规、城规、林规)通过点选、框选的方式统计出城规、林规、土规数据的属性信息。

(6)移动端采集模块定制化的移动端平板数据采集平台。


2、建设要求

1) 数据的通用性

        基础三维数据的构建、信息的分类符合国家或行业规范,易于在各平台间迁移,并考虑到和GIS等传统国土规划市政建设系统的衔接。

2)系统的灵活性

         鉴于开发区建设的快速发展,需求也将不断加深,要求系统具有一定灵活性,可根据开发区的需求变化进行适当调整。

(3) 系统的先进性

   系统应采用国内技术领先的、具有良好展示度和新颖性的表现形式。

4)可靠性和安全性设备、数据、网络、软件安全可靠,系统具备自检功能和故障冗余容错功能,具备完善的备份和恢复方案。


3、系统架构

       系统在技术架构的设计上分为五层结构:基础硬件支持层、基础软件支持层、应用支撑层、应用业务层、展示层。通过建立贯穿不同层次的标准规范制度和安全保障体系,使这五层相互联系,形成一个有机的整体。


       基础硬件支撑层和基础软件支撑层,是支持整个系统运行必要的系统硬件和软件环境;为系统提供基本的数据服务,2D 数据、3D数据、搜索数据、分析数据、地址数据、元数据、业务数据等多源数据;

       应用支撑层为整个管理平台提供了关键技术支持,开发技术以及工作流技术等;

       应用业务层实现了整个可视化平台的业务应用功能,提供二、三维数据服务接口;

       展示层提供了多种用户交互的方式,包括B/S客户端方式、移动客户端方式和大屏显示方式。为用户提供 Web 客户端、可以通过浏览器以二、三维联动的展现方式来访问各种数据,进行查询、统计、分析等工作。

       技术服务务与支撑体系和法律法规与安全系统是整个系统建设、运行的必要保障。

4、平台功能展示

(1)平台主界面


(2)建筑物属性信息查询


(3)三规查询


(4)多源数据融合


(5)园区企业信息统计




平台功能展示视频


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