倾斜摄影技术涉及到多个领域,包括软硬件、航飞、建模和应用等多个环节。从上下游产业链的角度可以划分五个主要环节,倾斜摄影航摄平台(飞行平台、倾斜摄影相机)、倾斜摄影航飞、倾斜摄影数据处理、三维GIS平台、行业应用。具体包括如下:
1)倾斜摄影航摄平台的研制,主要包括飞行平台(如动力三角翼、无人机等)和倾斜摄影相机两大块;
2)中国汽车模型网倾斜摄影航飞,即具体承担航飞的实施,以获取倾斜影像数据;
3)倾斜摄影数据处理,主要包括基于倾斜影像的全自动或人工干预建模,以及大比例尺地形图测绘等,同时也能提供传统的4D产品(DSM、TDOM、DEM、DLG等);
4)支持倾斜摄影数据成果的三维GIS平台的研制;
5)基于倾斜摄影数据成果和三维GIS平台的应用开发。
二、倾斜摄影应用关键技术
倾斜摄影产业链中涉及诸多技术环节,除了硬件设备的研发,软件方面的关键技术集中于自动化建模技术和平台应用技术。目前自动化建模技术主要掌握在国外,国内有企业和科研院所正在攻关中,但尚未达到国产替代的程度。平台应用技术上国产软件则已经走到世界的前列,具体包括:海量数据加载技术、单体化技术、效果修补技术等。
(1)海量数据加载技术指的是倾斜摄影模型数据量往往非常庞大,一平方公里的数据量在0.5-2GB之间,这样中小城市的建成区就能达到几十乃至上百GB。不过好在倾斜摄影自动化建模软件可以输出标准的OSGB格式,且数据本身就自导了LOD(多细节层次)。利用数据自带的LOD,超图软件通过直接读取OSGB,并运用LOD来优化调度,做到再大的数据量也可以实现瞬间加载,性能非常流畅。
(2)单体化技术是倾斜摄影模型由于生产工艺问题,最后的成果是连片的三角面片,并没有把建筑物等模型单独提取出来。而这样的数据只能用来看看,无法进行GIS的管理与应用。而尝试把建筑物进行物理分割,则又会造成效果差、打破原有LOD结构导致性能急剧下降等问题。可行的办法是叠加需要管理的建筑物的矢量底面数据,运用三维渲染技术,动态实现倾斜摄影模型上的高亮选中效果。如此就打开了用于看的三维倾斜模型和用于分析管理
的二维矢量底面之间的通道。基于此,还能轻松实现包括图查属性、属性插图、空间查询、专题图制作等一系列GIS能力,为倾斜摄影模型的深入应用打开了大门。
(3)关键技术是效果修补。倾斜摄影模型是软件算法自动生成,由于算法限制和拍摄角度等原因造成表面不够平整、底商效果不佳等问题,和人工建模存在明显差距。天际航软件可人工干预休整倾斜模型表面,以及参照街景影像修缮底商效果。超图软件则可通过自带水面符号弥补倾斜模型的水面空洞,还原波光粼粼的水面效果;以及通过配置点和三维符号来提供更好的树木等小品效果。
三、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。
(一)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。
(二)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。
(三)倾斜摄影在不动产登记中的应用
随着《不动产登记暂行条例》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。
(四)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。
(五)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。
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