项目背景
本项目为山东某河道倾斜摄影与实景三维建模项目,采用倾斜航空摄影技术获取约453平方公里、0.05米分辨率的数字航空影像,结合外业像片控制测量,利用数据后处理软件,制作实景三维模型,从模型直接输出0.05米分辨率数字正射影像图。
项目作业范围示意图
执行方案
本项目作业内容包括项目技术设计、飞行计划制定、影像数据采集、像控点量测、影像预处理、实景三维重建及DOM制作。整个项目周期大约2个月。
2.1 作业设备及航线制作
项目区域地形以平原洼地为主,地势东高西低,地貌较为复杂。基于航空摄影测量技术,我们使用大疆经纬 M300 RTK搭载五拼索尼5100倾斜航摄仪方式采集正射及倾斜角度影像数据。考虑范围较大,我们将整个摄区划分为117个航摄分区,投入6名航摄员,总计航飞117个架次,采集92.2万张倾斜航摄影像。
航摄分区示意图
在实施过程中,对每个航摄分区分别独立进行航线规划,根据其任务要求、地表高度、空域限制等设计出航线的相对高度、航线方向、航向重叠和旁向重叠等参数,并通过软件直接导出每个分区的曝光点。每个曝光点同时采集一个正射方向和四个倾斜方向共五张照片,并同时记录曝光处每个照片中心点的位置和照片的姿态信息。
飞行作业中图片
根据事先设计好的方案执行航飞采集作业,经检查每个架次航线均较为平直,平进平出,未出现较大扭曲。航高平稳,航向重叠和旁向重叠均不低于70%,航飞时在测区边界以及相邻航摄分区间进行了适当的外扩,能够满足边界覆盖要求。
2.2 像控点量测
我们使用RTK量测型GPS接收机进行像控点量测,每平方公里中布设3-4个相控点,本项目共量测像控点1385个。
像控点分布图
2.3 数据分块及整理
因项目内业数据处理面积大,航摄影像、中间过程数据以及成果数据量巨大。因此我们将项目划分了31个数据处理块,每一个数据处理分块影像张数大约2万张。在后期数据处理中,针对每一数据处理分块的数据,将单独进行空三计算以及像控点刺点工作。
数据处理分块示意图
2.4 空三解算及刺点
针对每个架次均制作了一份POS数据,共制作了117个POS数据文件,将文件直接导入空三软件进行后续处理。
原始POS文件示例
整理后POS文件示例
在空三软件刺点中,将经过均值计算和格式整理的像控点文件导入到工程中,选中数据分块内的像控点,在刺点界面中便会自动加载能够观察到该点的影像数据。然后参考像控点照片,在航摄影像中进行像控点刺点工作。
像控点刺点界面
空三计算结束后会自动生成空三报告,本项目所有数据处理分块空三成果参与计算影像比重均在99%左右(除部分大面积水库外),重投影中误差均小于1个像素,成果平均地面分辨率均优于0.05米。
某检查点精度数据
2.5 实景三维数据重建
本项目采用公司自主研发的GodWork3D软件进行实景三维重建工作。软件优势相比其他同类软件建模效率高,模型效果平面平、直线直、纹理清晰,更贴近实景。同时通过软件可导出DOM成果,满足客户需求。
我们将建模区域划分为200米×200米的格网,每个格网(Tile)是三维建模的最小实景三维单元,构建三维TIN网及TIN网优化,根据TIN网中每个三角形的空间位置,自动映射最佳视角的影像作为模型纹理。
构建并优化TIN网
GodWork3D建模软件是一款适用于超⼤规模实景三维数据⽣产,高效自动化的集群处理软件。用户只需输入倾斜照片,POS信息及像控点,即可一键自动输出高精度纹理网格模型。
本次用GodWork3D软件建模周期大约7-8天,而用同类软件需15-20天,在建模效率上有极大提升。项目团队有充足时间制作完善并保质保量提交客户成果。
河道实景三维模型
针对模型中水面出现的漏洞,通过修模软件对TIN网的压平、裁切、删除以及填充等操作,对模型进行修水处理,达到贴近实景的效果。通过GodWork3D软件导出5厘米分辨率数字正射影像。
5厘米分辨率数字正射影像图
经验分享
我们按照设计好的方案实施倾斜影像数据采集和实景三维建模工作,保证内外业检查100%覆盖,保证各项成果均符合要求。在整个实施过程中,基于出现的问题我们总结了一些经验和解决方法,现分享如下:
3.1 关于倾斜影像数据采集
(1)针对河域出现的少量颜色差异问题,我们尝试过调整OBJ格式成果颜色,使用SVS软件批量重建OSGB,无法得到想要的效果。之后使用调整原始影像的方法,将白马河重新生成了一遍osgb成果。
(2)项目要求采集分辨率0.05米的影像数据,为了节省空间提高效率,我们使用修饰后的OBJ成果导入软件,重新生成OSGB、DOM。
3.2 关于高精度实景三维模型制作
本项目实景三维模型精度要求高,实景三维模型成果平面点位中误差优于0.15米、高程点位中误差优于0.3米,实施此类大面积、高精度的实景三维制作项目,为了保证成果最终质量,项目实施过程中,着重从如下几个环节进行质量控制:
(1)影像数据采集:采集过程中严格控制航飞高度,航向重叠/旁向重叠控制在不低于70%。保证采集到的影像数据具有稳定的姿态、分辨率优于0.05米。
(2)像控点量测:在项目像控布设间隔的基础上进一步提升像控点的布设密度,每平方公里布控4个点,像控布设根据测区边界进行外扩,在低纹理区更多地人工油漆点,不只局限于已有地物点。
(3)空三计算:根据航带和像控点分布进行合理内业处理分区分块,从5个方向刺点,通过多种手段控制空三计算结果精度,根据重建结果及时调整空三成果,保证制作得到的实景三维模型能够满足项目设计要求,分块之间不存在接边问题。
(4)精度检验:外业通过多种方式量测平面及高程精度检验点,对模型精度进行验证。
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