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三维全景地图建设-倾斜摄影地图建设
2019-12-26100
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第一章 倾斜摄影技术概况

1.倾斜摄影技术定义

倾斜摄影技术是通过在同一飞行平台上搭载多台传感器,同时从一个垂直、四个侧视等不同的角度采集影像,将用户引入了符合人眼视觉的真实直观世界。它颠覆了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限,全方位表达空间地物,弥补正射影像的不足,可同时满足三维建模和航测的要求。

图1-1 倾斜摄影三维模型
低空遥感影像因航高和相机焦距的限制,单张像片难以囊括所有感兴趣区域,而轻小型飞行平台低空影像无缝拼接技术可以实现测区全景影像图的快速生成,短时间内快速制图、出图、供图。
传统正射影像镶嵌需要经过空三加密、相对定向、绝对定向、生成数字高程模型(DEM)等流程,生产周期长,难以满足轻小型飞行平台对影像质量评估、快速影像判读等实时性要求较高的需求。低空影像的快速拼接技术,只需要在影像匹配后即可快速生成测区全景图,主要流程为:求取影像外方位元素,对低空影像进行自由网平差后,利用测区对应的概略数字高程模型,进行数字微分纠正,根据外方位元素按次序叠加,生成测区的全景影像。

2.倾斜摄影技术优势

2.1反映地物周边真实情况
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。
2.2倾斜影像可实现单张影像量测
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。
2.3建筑物侧面纹理可采集
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。
2.4数据量小易于网络发布
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。

3.倾斜摄影技术特点

3.1真实性
倾斜摄影三维数据可真实地反映地物的外观、位置、高度等属性,增强三维数据带来的高沉浸感,弥补了传统人工建模仿真度低的缺陷。
3.2高效率
倾斜摄影技术借助无人机等多种飞行载体,可快速采集影像数据,实现全自动化三维建模。
3.3性价比
倾斜摄影数据是带有空间位置信息的可量测影像数据,能同时输出DSM、DOM、TDOM、DLG等多种成果,可替代传统航空摄影测量。

4.倾斜摄影技术原理

倾斜摄影的相机配有多个镜头,一般为5个,同步获取同一地物东南西北及顶部方向的影像。因此同一地物具有多视角的影像及详尽的侧面信息,而后将这些影像通过区域网联合平差、多视影像匹配、DSM生成、真正射纠正、三维建模等流程,形成最终产品。

图1-2 航摄飞行及各视角相片示意图
5.倾斜摄影技术产品应用

图1-3 倾斜摄影技术产品重点应用
5.1三维量测功能:
可直接在模型上进行距离、面积、体积和角度的量测。
距离量测(包括水平距离、垂直距离、任意空间距离)

图1-4 水平距离量测

图1-5 垂直距离量测

图1-6 面积量测
5.2提取二维矢量数据(DLG)
基于倾斜摄影三维模型数据,可以人工提取院落面积、建筑面积、建筑结构等数据,导出cas、dxf、dat等数据格式,方便南方CASS、ArcGIS、MapGIS等常用编辑软件使用。

图1-7 提取二维矢量数据

图1-8 提取二维矢量数据
 
5.3 宗地管理

过平台将勘测定界限导入三维模型。

图1-9 定界线导入
图1-10 面状定界线
 
5.4不动产登记

图1-11
5.5宗地信息查询

图1-12
5.6信息检索功能
通过平台的文本检索或全文的检索,能够快速定位到目标建筑,并及时显示该建筑的属性信息。

图1-13 信息检索
5.7日照分析
可以模拟一天内不同时间的阴影情况。

图1-14 日照分析
5.8环境通视分析
通视分析是指以某一点为观察点,研究某一区域通视情况的地形分析。

图1-15 环境通视分析
5.9可视域分析
可视域是从一个或者多个观察的可以看见的地表范围。可视域分析是对于给定的一个观察点,基于一定的相对高度,查找给定的范围内观察点所能通视覆盖的区域,也就是给定点的通视区域范围,分析结果是得到一个栅格数据集。
在确定发射塔的位置、雷达扫描的区域、电视台的发射站、道路选择、以及建立森林防火瞭望塔的时候,都会用到可视域分析。

图1-16 可视域分析
5.10城市重点设施管理
将消防栓、交通牌指示牌、路灯、垃圾桶、公用厕所、高压铁塔等城市重点设施,按功能进行分层管理,可以分层显示,也可以叠加显示。
以消防栓为例,在发生紧急火灾时,可以勾选消防栓选项,显示全部消防栓所在位置,结合城市建筑物层,可以迅速找到可以使用的消防栓,为火灾抢险争取时间,减少损失。
交通指示牌、垃圾桶、公共厕所等设施,是城市发展水平和城市管理能力的重要体现,通过将以上设施在真三维模型地图上展现,不仅能够清晰地掌握各类设施在城市中的分布情况、分布密度,还可以根据城市建设和发展需要,通过在三维地图上模拟新增设施的情况,在获得相关部门审批通过后正式投入建设。

图1-17 城市重点设施管理
5.11户籍管理方案
按照户籍管理要求,对常住人口、暂住人口、人户分离、重点人口(社区矫正、刑满释放、吸毒人员、流浪乞讨、邪教人员、精神障碍患者、艾滋病人、传染病人、重点青少年、孤寡老人等)、以及境外人员的居所和轨迹在真三维地图中管理、展示。
根据居民楼内的每个房屋的id编号,连接已有的人员信息数据库,落实该户内的户主、成员的姓名、人口数量、出生年月、是否是本地户籍人员、是否为重点人口等,尽可能将数据详尽地列出来,可以选择是否显示在三维地图上。
通过以上信息连接,可以在三维地图上分析人口密度、户籍人员与流动人员的比例、人员的年龄组成、男女比例、发生某些事件时的自救能力等。例如:点击某个楼宇,可以显示该楼宇内的精神病人数量,每个精神病人的病历、发病史等等。
按照查询条件或者指定查询区域,查询常住、暂住、出租屋租住等户籍信息,结果列表显示。从结果集中选择一条户籍信息记录,可以动态地定位到地图上。可以在查询的结果集中选中一条户籍信息,查询其详细属性,以及关联的其他信息等。

图1-18 户籍管理方案
5.12控制抢建、监察违建
对于拆迁规划地区,大量拆迁户在拆迁前疯狂抢建房屋,骗取国家拆迁补贴,导致大量重复工程,浪费社会资源。相比于传统的平面数据资料,倾斜模型数据可以快速有效的提供拆迁现场的真实有效数据,避免村民的后期抢建所带来的麻烦。
监察违建方面可对监控地区的房屋进行核查,相比于传统的正射影像,倾斜影像能直观有效的查看监控地点违章建筑建设情况及周边情况,能快速对其查找,并及时通知处罚。

图1-19 控制抢建、监察违建
5.13属性挂接功能:
通过构建本地数据库,可以将建筑的属性信息挂接在模型上,能够实现点击模型立即查询到该建筑的属性信息。

图1-20 属性挂接
5.14重大事件预案推演
在重大事件预案推演中,例如群体性事件(包括暴恐事件),能够定位人员位置、模拟移动速度,派出警力数量、警力到位时间,模拟路线、设置交通封路等,通过在真三维地图上快速模拟重大事件发生的情况以及采取相应措施的过程和效果,能够迅速制定应急方案,为重大事件发生时迅速提供解决方案。
接警员接警时,当接警员输入案发地点信息后,接警终端请求“公安局三维警用信息系统”定位显示该案发地址。系统接收到请求后,分析案发地址字符串,在三维场景中定位,并用红色点闪动显示。地图也以案发点为中心,自动平移显示。
当接警终端收到有线电话的用户报警时,系统将从数据库中查询电话资料信息,获得当前电话的装机位置。然后,接警终端请求三维GIS系统定位显示该地址。系统接收到请求后,分析地址字符串,在三维场景中定位,并用闪烁的点显示。

图1-21 重大事件预案推演
5.15地上地下一体化方案
三维地下空间信息系统在三维GIS技术与三维地质建模等技术支持下,对地质体、地下构筑物、地下管网等实现可视化展示,并对地质勘察、设计、施工及城市规划、管理中各种地下空间地理分布信息进行数据采集、存储、管理和分析,能够对庞杂的工程资料进行综合动态管理。提高数据可视化程度,充分挖掘地质信息的价值,为建筑、城市规划及岩土工程勘察等相关领域提供有力的决策依据。

图1-22 地上地下一体化方案
5.16地质灾害解决方案
地质灾害发生时,需要快速了解发生灾害的危险情况,灾情类别、特征、人员伤亡、财产损失,地质灾害记录文本信息和现场照片、视频等多媒体信息,灾害的处置情况,灾害周围的地形地貌情况,人员集中情况等等信息。
此模块提供与灾害应对相关的必要信息的查询,例如:泥石流覆盖面积,滑坡体积,灾害信息,灾害监测信息的维护等。

图1-23 地质灾害解决方案
5.17多数据支持
平台不仅能够显示基本的文字信息,还能够显示实时监控视频,图片声音等多种类型的数据。
可以与公安部门的视频监控系统连接,实现摄像头位置的查询定位、摄像头实时视频信息播放、自动标示视频监控设备位置等功能。

图1-24 多数据支持
5.18城市洪水淹没分析
对城市内涝进行淹没分析,可提前对其淹没深度及其范围进行模拟重现,重大应急预案进行虚拟推演,提高预案的可执行性。

图1-25 水淹没分析

5.19方案对比

可以指定编辑三维面数据,压平倾斜摄影模型的局部区域,模拟拆除建筑物的效果,再放置规划设计的新模型效果,可实现规划方案效果对比与展示,满足规划行业的应用。

图1-26方案对比