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      機(jī)載Li DAR航空攝影測量在三維建模中的應(yīng)用分析

      2020-08-11 17:08:30劉華章
      工程建設(shè)與設(shè)計(jì) 2020年14期
      關(guān)鍵詞:實(shí)景建模攝影

      劉華章

      (云浮市地理信息中心,廣東 云浮527300)

      1 項(xiàng)目概況

      廣東云浮西江新城三維模型、數(shù)字高程模型制作項(xiàng)目的工作范圍,整個(gè)項(xiàng)目的實(shí)際測繪面積約為80km2。在實(shí)際測量過程中,將會使用行1∶500的LiDAR和傾斜攝影、建立數(shù)字高程模型(DEM)、數(shù)字正射影像(DOM)和數(shù)字地形圖,進(jìn)而制作出測繪區(qū)域的實(shí)景三維模型。

      2 機(jī)載Li DAR技術(shù)

      2.1 對地定位

      所謂機(jī)載LiDAR技術(shù),就是利用飛行器作為技術(shù)系統(tǒng)的實(shí)際載體,通過飛行器上所搭載的攝影設(shè)備對地球表面進(jìn)行拍攝掃描,獲取地球表面高精度點(diǎn)云數(shù)據(jù)的對地觀測技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用過程中,機(jī)載LiDAR技術(shù)將會以激光測距技術(shù)、動(dòng)態(tài)GNSS定位技術(shù)以及慣性測量技術(shù)等技術(shù)為基礎(chǔ),并通過同步控制系統(tǒng)來同步飛行器的位置數(shù)據(jù)信息,完成飛行器的定位處理工作。

      2.2 點(diǎn)云濾波

      在機(jī)載LiDAR技術(shù)應(yīng)用過程中,同步控制系統(tǒng)將會對飛行器所同步傳輸?shù)腉PS數(shù)據(jù)、激光測距數(shù)據(jù)、姿態(tài)數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)同步到地面,地面將會通過PC設(shè)備來對該些數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合解算處理,得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)。通常來說,點(diǎn)云數(shù)據(jù)包括有三維坐標(biāo)、回波強(qiáng)度以及回?fù)苄蛄刑柕刃畔?nèi)容。由于機(jī)載LiDAR技術(shù)在通過飛行器進(jìn)行地面拍攝掃描時(shí),其并未記錄激光腳點(diǎn)所在地物的屬性,所以點(diǎn)云數(shù)據(jù)中也不包含相關(guān)地物的屬性信息。在此情況下,想要構(gòu)建完善的實(shí)景三維模型,還需要在點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取出地面點(diǎn),然后根據(jù)地面點(diǎn)來構(gòu)建城市實(shí)景三維模型。此過程中,點(diǎn)云濾波的實(shí)際作用是將點(diǎn)云數(shù)據(jù)分離成地面點(diǎn)和非地面點(diǎn)2種數(shù)據(jù)信息,即從中提出去素質(zhì)地表模型和數(shù)字高程模型,從而有效地實(shí)現(xiàn)地面點(diǎn)與非地面點(diǎn)的分離,為城市實(shí)景三維模型構(gòu)建提供位置信息保障。

      2.3 點(diǎn)云分類

      機(jī)載LiDAR技術(shù)的激光腳點(diǎn)將會落到植物、街道、建筑、河流等地物之上,而想要有效地構(gòu)建出城市實(shí)景三維模型,就需要對該地物進(jìn)行分類,并根據(jù)不同地區(qū)分類之間的腳點(diǎn)數(shù)據(jù),提取出相應(yīng)目標(biāo)點(diǎn)的云系列,完成點(diǎn)云數(shù)據(jù)分類工作。

      3 傾斜攝影測量技術(shù)

      3.1 系統(tǒng)工作

      傾斜攝影測量技術(shù)作為當(dāng)今地物測繪過程中常用的技術(shù)手段,由于傾斜攝影技術(shù)采用了可以進(jìn)行多角度觀測的單頭相機(jī)和多頭相機(jī)結(jié)合的方式,所以相比較傳統(tǒng)的攝影技術(shù)來說,其可以通過多個(gè)角度對測繪地物進(jìn)行信息的觀察獲取,進(jìn)而促使其不僅可以直接獲取地物的正射影像信息,還可以快速地獲取正攝影像信息側(cè)面的影像信息以及激勵(lì)拍攝點(diǎn)的實(shí)際位置信息,有利于后期數(shù)據(jù)處理過程中影像的空間定位工作。

      3.2 像控點(diǎn)測量

      為確保傾斜攝影測量技術(shù)的最佳應(yīng)用效果,在應(yīng)用過程中,還需要完成像控點(diǎn)的測量工作。在項(xiàng)目中,測控點(diǎn)的測量工作將會分為布設(shè)、判刺、聯(lián)測以及空三加密4部分。其中,像控點(diǎn)的布設(shè)工作需要先結(jié)合項(xiàng)目區(qū)域的實(shí)際情況,劃分出項(xiàng)目點(diǎn)布設(shè)區(qū)域網(wǎng),然后以此為基礎(chǔ)進(jìn)行實(shí)際像控點(diǎn)布設(shè)工作;判刺則是指在進(jìn)行像控點(diǎn)選擇過程中,應(yīng)盡可能將像控刺點(diǎn)布置在可獲取圖像清晰,易于判別的位置,如地物拐角等[1];聯(lián)測則是指采用YFCORS的網(wǎng)絡(luò)RTK作業(yè)方式進(jìn)行聯(lián)測工作,并在完成聯(lián)測后,及時(shí)檢查展點(diǎn),防止出現(xiàn)誤差情況,為后續(xù)工作內(nèi)容打下基礎(chǔ);空三加密則是指在進(jìn)行實(shí)際空中三角測量前,傾斜攝影技術(shù)將會對所獲取到的原始影像進(jìn)行預(yù)處理,該處理內(nèi)容包括有色彩處理、亮度處理、對比度處理以及勻色處理等。具體空三加密建模流程如圖1所示。

      圖1空三建模流程

      4 機(jī)載Li DAR航空攝影測量在三維建模的應(yīng)用

      4.1 應(yīng)用流程

      在實(shí)際應(yīng)用過程中,系統(tǒng)會先將過濾后的地面點(diǎn)轉(zhuǎn)化為規(guī)則格網(wǎng),獲取相應(yīng)的格網(wǎng)模型,然后再對格網(wǎng)貼紋理,從而完成對城市三維實(shí)景模型的細(xì)化模擬效果,具體效果如圖2所示。在進(jìn)行城市地物實(shí)景建模過程中,首先需要將點(diǎn)云數(shù)據(jù)信息通過地物所對應(yīng)的分類信息進(jìn)行分類區(qū)分,然后結(jié)合傾斜影像測量技術(shù)所獲取的數(shù)據(jù)信息,將兩類信息導(dǎo)入軟件中,完成對地物的輪廓勾勒、立面剖分、細(xì)節(jié)班級以及紋理貼圖等工作流程,最終實(shí)現(xiàn)城市實(shí)景三維模型效果。

      圖2格網(wǎng)模型展示圖

      4.2 地面建模

      地面模式是構(gòu)建城市實(shí)景三維模型的基礎(chǔ)保障,并且其實(shí)景精度水平還將會直接影響后續(xù)的三維模型構(gòu)建效果,所以在進(jìn)行地面建模時(shí),一定要提高地面建模的精度。在本項(xiàng)目中,需要通過機(jī)載LiDAR技術(shù)與傾斜攝影技術(shù)相結(jié)合的方式來構(gòu)建地面模型,所以在實(shí)際應(yīng)用過程中,首先要對機(jī)載LiDAR技術(shù)所獲取的原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)云濾波處理,從而獲取地面建模所需的城市地面點(diǎn)。其次,需要對經(jīng)過點(diǎn)云濾波處理的點(diǎn)云進(jìn)行數(shù)據(jù)內(nèi)插??紤]項(xiàng)目的實(shí)際情況,想要提高地面建模的實(shí)際精度水平,需要根據(jù)距離權(quán)重的方式將地面點(diǎn)云數(shù)據(jù)內(nèi)插層1m×1m的規(guī)則格網(wǎng)。最后,將經(jīng)過對象化處理后的DOM和規(guī)則格網(wǎng)導(dǎo)入三維平臺軟件中,生產(chǎn)城市地面三維模型。

      4.3 建筑物建模

      在建筑建模過程中,首先需要在已經(jīng)完成分類后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取出建筑物的點(diǎn)云數(shù)據(jù)信息。其次,結(jié)合傾斜影像測量技術(shù)所獲取的建筑物影像數(shù)據(jù)信息來勾勒出建筑物的實(shí)際輪廓情況,具體效果如圖4所示。再次,在實(shí)際應(yīng)用過程中,由于城市中的高層建筑存在著投影差的情況,所以在實(shí)際建筑物輪廓勾勒時(shí),可能會存在一定的坐標(biāo)偏差,所以還需要在建筑物建模過程中,根據(jù)建筑的點(diǎn)云數(shù)據(jù)信息,對建筑物的實(shí)際輪廓線進(jìn)行處理,促使其能夠覆蓋點(diǎn)云邊界。最后,將所獲取到的建筑物模型導(dǎo)入軟件中進(jìn)行貼紋理等細(xì)化編輯工作。

      4.4 模型整合

      在完成地面模型和建筑模型構(gòu)建以后,還需要將2類模型進(jìn)行有效整合,從而構(gòu)建成完整的城市實(shí)景三維立體模型效果。此過程需要在建模軟件中分別導(dǎo)入地面模型和建筑物模型,之后再導(dǎo)入道路、景觀等其他類型的模型,最后通過人工編輯的方式對所有模型進(jìn)行精細(xì)化編輯,完成各種模型的無縫對接效果,構(gòu)成城市實(shí)景三維模型效果。

      5 結(jié)語

      本文結(jié)合廣東云浮西江新城三維模型、數(shù)字高程模型制作項(xiàng)目,介紹了一種機(jī)載LiDAR技術(shù)與傾斜攝影測量技術(shù)相結(jié)合的城市實(shí)景三維建模方法。在此過程中不僅明確了機(jī)載LiDAR技術(shù)在三維建模中的實(shí)際應(yīng)用,還有效解決了傳統(tǒng)建模方式中的諸多不足。但從項(xiàng)目中的實(shí)際應(yīng)用來看,很多操作流程仍舊需要通過人工的方式來完成,其不僅會降低建模效率,還會增加建模的錯(cuò)誤率,影響建模構(gòu)建效果。因此,還需要進(jìn)一步完善和研究,從而提出更加有效、快速的技術(shù)及方法。

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