速戳!倾斜摄影应用领域的分析

2020-5-28 09:31| 发布者: wybim| 查看: 170| 评论: 0

倾斜摄影测量技术


倾斜摄影技术是国际测绘遥感领域近年发展起来的一项高新技术,通过在同一飞行平台上搭载多台传感器(如图 1所示,目前常用的是五镜头相机),同时从垂直、倾斜等不同角度采集影像,获取地面物体更为完整准确的信息。垂直地面角度拍摄获取的影像称为正片(一组影像),镜头朝向与地面成一定夹角拍摄获取的影像称为斜片(四组影像)。

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。在一个时段,飞机连续拍摄几组影像重叠的照片,同一地物最多能够在3张相片上被找到,这样内业人员可以比较轻松地进行建筑物结构分析,并且能选择最为清晰的一张照片进行纹理制作。向用户提供真实直观的实景信息。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。

倾斜摄影技术特点


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。

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。

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。

倾斜摄影应用领域


倾斜摄影技术优势体现在和人工建模的对比的三维模型构建上。倾斜摄影自动化建模所具备的“三高一低”(高效率、高精度、高真实感、低成本)的优势,将极大改变测绘地理信息在多个行业的应用,构筑出广阔的应用新模式。



BIM结合倾斜摄影技术在工程建筑等领域的应用


    倾斜摄影技术是国际测绘领域近些年发展起来的一项高新技术,它相对于正射影像,倾斜影像能让用户从多个角度观察地物,更加真实的反映地物的实际情况,极大的弥补了基于正射影像应用的不足。并且,通过配套软件的应用,可直接基于成果影像进行包括高度、长度、面积、角度、坡度等的量测,扩展了倾斜摄影技术在行业中的应用。此外,针对各种三维数字城市应用,利用航空摄影大规模成图的特点,加上从倾斜影像批量提取及贴纹理的方式,能够有效的降低城市三维建模成本。而且,相较于三维GIS技术应用庞大的三维数据,应用倾斜摄影技术获取的影像的数据量要小得多,其影像的数据格式可采用成熟的技术快速进行网络发布,实现共享应用。
 

图为筑信维云BIM斜摄

    BIM作为工程应用的一个重要实例技术,在我们的基础建设应用中发挥着重要的作用,而BIM结合以实景三维全纹理全要素特性快速发展的倾斜摄影技术,又将带来行业思路的转变,成本的降低以及效率的提高。
 

 一、BIM结合倾斜摄影技术在工程建设的应用
    以倾斜摄影获取工程建设地表环境信息,构建真实高精度的地理环境情况,生成实景三维底图,再通过BIM技术构建工程建设精细的工程建筑,包括地表施工情况,建设附属设施布置,物料的堆积管理,工程建筑的详细建设进度等。

图为筑信维云BIM斜摄影+模型+施工可视化

 

二、BIM结合倾斜摄影技术在国土安全的应用
    倾斜摄影与BIM结合进行国土安全数据库的构建和信息的填充,倾斜摄影进行底层模型数据的加载。BIM进行精准化数据的分析和构建,国土信息数据逐步的采集和上传,实现信息化管理和同步建设。


图为筑信维云BIM斜摄影+模型+施工可视化


三、BIM结合倾斜摄影技术在室内导航的应用
    通过倾斜摄影技术构建真实的建筑外建构面模型,再通过BIM技术构建建筑物内部房屋结构,结合后期导航系统,实时定位人员精准位置信息,对人员的室内导航提供可视化的指引。
 

图为筑信维云BIM斜摄


四、BIM结合倾斜摄影技术在三维城市建模的应用

    城市建筑类型各具特色,外型尺寸不同,外部颜色纹理不同,以及障碍物阻挡等。如果是“航测+地面摄影”,后期需要人工做大量贴图;如果是用价格昂贵的激光雷达扫描,成本太高而且生成的建筑模型都是“空壳”,没有建筑室内信息,同时室内三维建模工作量也不小,并且无法进行室内空间信息的查询和分析。而通过BIM,可以轻易得到建筑的精确高度、外观尺寸以及内部空间信息。因此,通过综合BIM和倾斜摄影,先对建筑进行建模,然后把建筑空间信息与其周围地理环境共享,应用到城市三维倾斜摄影分析中,就极大的降低了建筑空间信息的成本。当然这个前提是建筑都应用到BIM,现阶段在我国还依旧很难实现。

图为筑信维云BIM斜摄


五、BIM结合倾斜摄影技术在市政模拟的应用
    通过BIM和倾斜摄影融合可以有效的进行楼内和地下管线的三维建模,并可以模拟冬季供暖时热能传导路线,以检测热能对其附近管线的影响。或是当管线出现破裂时使用疏通引导方案可避免人员伤亡及能源浪费。

图为筑信维云BIM斜摄

六、倾斜摄影在智慧城市中的应用


  智慧的基础是真实,倾斜摄影为智慧城市的应用插上了“真实”的翅膀。具体而言,倾斜摄影在智慧城市中的应用可包括:


1、分类查询

  通过配套矢量底面实现需要管理的各类地物的单体化,并赋予相应的属性信息。然后通过类别、区域、关键字等予以查询统计。

2、规划压平,方案对比

  在规划应用中,可以在倾斜摄影模型上绘制特定区域,把该区域内的倾斜模型压平,以模拟拆迁后的状况。可提供多套方案的浏览、对比,辅助领导决策不同建设方案与当前城市实景的匹配度。

3、规划设计

  支持直接在三维场景中添加规划的建筑、植被等设计数据,方便规划设计人员形成初步规划方案。

4、日照分析

  规划新建一栋高楼,分析判断是否会造成原有小区居民楼日照时间达不到住建部的相关规定。

5、控高分析

  利用规划城市的控高数据对实际城市建筑进行比对,直观标明超高建筑并显示其属性信息。

6、摄像头监控

  可以运用倾斜摄影模型上标注摄像头的位置和朝向来确定所覆盖的程度,以及是否和应该在哪些位置增加新的摄像头。

7、地表开挖,地上地下一体化

  支持把倾斜摄影模型的地表开挖,查看地下管线等设施的状态,实现地上地下一体化。

8、淹没分析

  根据监测点水位数据,结合倾斜摄影模型分析出城市积水区域及面积以及受淹的建筑。

图为筑信维云BIM斜摄


七、倾斜摄影在智慧旅游中的应用


  对于自然风光的三维建模,一直是一个难题,人工建模很难还原出大范围的自然风景,而用地形和影像则时效性和精细程度往往都达不到还原出风景的美观程度。而倾斜摄影技术由于其高分辨率和高真实感,能真实立体的还原自然风景的状况。有利于景区特别是地质遗迹的保护、科普知识的宣传和直观展示自然风光,从而吸引游客前往观赏。

  自然风景的倾斜摄影数据制作上往往分辨率高、数据量大,对三维GIS平台的支撑能力和稳定性提出了更高的要求。


八、倾斜摄影在不动产登记中的应用


《不动产登记暂行条例》已正式施行,无人机与倾斜摄影、三维建模技术相结合,成为最新的市场热点。由于具备快速高效低廉的特点,无人机与倾斜摄影、三维建模技术组成的“三剑客”,极有可能颠覆传统测绘行业,在国土资源、农业、工业等众多领域发挥作用。

  经过验证,给予倾斜摄影技术获取的模型点平面位置精度、高程精度误差均小于0.15米,完全满足《1:500外业数字测图技术规程》需求。

  无人机倾斜摄影用于不动产登记,通过获取正射影像图,建立三维模型,辅助外业指界签字调查,图上进行坐标量测,形成矢量图形,辅助外业进行修补测工作等一系列工作,极大程度上提高了不动产登记的效率。


九、倾斜摄影在精细管理中的应用


  在城市精细化管理中,管理到每一栋建筑物的粒度往往是不够的,而是要求能精细到楼房的每一层、甚至每一户房间。这就对三维模型提出了更高的要求,人工建模即便能实现,代价也是巨大的,需要对每一户房间单独建模才行。

  倾斜摄影模型加上带有高度信息的分层分户图,可以做到每个建筑物每层楼甚至每一户房间的管理,包括查询和各类统计分析能力,再关联上户籍和人口信息库,这样户籍信息管理就可以和真实世界关联在一起,而不再只是数据库中孤立的信息了


十、倾斜摄影在应急救援中的应用


  应急救援行业是为了预防和控制潜在的事故或紧急情况发生时,迅速有序的做出应急准备和响应,最大限度地减轻可能产生的事故后果。在做出应急决策时,首要条件是对发生事故的位置的地形地貌有一个全面了解,遥感影像满足要求,因现场环境情况的变化,对影像数据的获取时间、范围、精度、生产效率及分析应用都有极高的要求,而倾斜摄影不论在起飞场地、飞行时间上,还是在数据生产效率、数据精度等方面都完全满足应急救援的需求。

  例如在地震救灾中,抗震救灾指挥部除了可以利用遥感现势图研判灾害形势外,还多了一个救援利器——震区三维实景图,通过切换各种视角,实现了对震区各个方位的观测,为制定下一步的救援方案以及防止次生灾害的发生提供了极大便利。震区三维实景图就是利用倾斜摄影测量技术及自动建模技术快速生成三维模型,为救援实施提供了依据。


十一、倾斜摄影在其他领域的应用


  综合倾斜摄影建模的诸多优势,还可以在其他领域开创出多种新的应用。

  在电力巡检、移动基站选址等应用中,需要真实的、带有建筑等全要素的三维地表信息作为基础底图参考,用传统地形加影像的方式很难达到其精度要求,并且也无法做到全要素覆盖,那么倾斜摄影模型就非常符合这类应用的需要。

  在城乡拆迁重建时,也可以利用倾斜摄影建模来完整准确的获取拆迁前各类建筑的真实状况,以作为后续赔偿乃至纠纷发生时的客观依据。

  倾斜摄影模型实质上就是带有建筑物等各类地物的数字地表模型,完全可以取代传统地形加影像所发挥的作用,且精度更高、时效性更强。例如露天煤矿的容量统计、推平山头或填平山谷所需要的土方量计算,都可以基于倾斜摄影模型来完成。甚至还有人尝试基于倾斜模型来评估农作物的生长情况,从而预估其产量。

  可以预测,随着倾斜摄影技术的进一步发展,精度、效率、成本上的优势进一步增强,原有的很多应用都将迁移到倾斜摄影技术上,并且还将继续开拓出更多新的应用模式。


倾斜摄影的总结


在未来的几年中,我国将采用倾斜摄影技术,完成全国多个城市的实景三维模型重建。倾斜摄影测量快速生成的三维实景模型在智慧城市、灾害应急、国土安全、文物保护等诸多领域中发挥越来越重要的作用,同样也面临着较多的挑战。

由于硬件或者拍摄技术等因素,对地面上高度较低且不规则物体的真实还原还不够好。面对倾斜摄影测量技术快速生成的大场景三维模型,仍需要进一步对模型开发和利用,模型单体化和数据的融合是倾斜摄影测量面临的亟待解决的问题。

目前实现所谓的“单体化”,只是在利用外包围合将模型特定部分进行高亮显示而已,并没有真正意义上实现三维模型各要素的自动分层、分割和提取。实现将矢量的二维数据和三维模型数据相融合以及真正意义上的模型单体化,三维模型数据的分析、查询、编辑也将成为现实。






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