三維智慧城市建設(shè)

1、WORD格式傾斜攝影測量系統(tǒng)應(yīng)用案例三維智慧城市建立*中海達(dá)空間信息技術(shù)專業(yè)資料整理WORD格式一、工程概況1. 工程背景為了建立智慧城市管理系統(tǒng)， 通過對某城區(qū)城區(qū)建筑部件進(jìn)展傾斜攝影，建立城市三維立體模型。城區(qū)測量面積約10 平方公里。傾斜攝影測量技術(shù)以大X圍、 高精度、高清晰的方式全面感知復(fù)雜場景，通過高效的數(shù)據(jù)采集設(shè)備及專業(yè)的數(shù)據(jù)處理流程生成的數(shù)據(jù)成果直觀反映地物的外觀、位置、高度等屬性，為真實效果和測繪級精度提供保證。通過傾斜攝影建模，實現(xiàn)城市三維漫游、顯示與管理，使城市管理更加直觀方便。我公司作為工程承建單位，根據(jù)業(yè)主要求與工程技術(shù)效勞要求，成立了工程組，配備了軟硬件設(shè)備， 承擔(dān)該

2、市城區(qū)約 10 平方公里 5cm 分辨率航空影像數(shù)據(jù)、 傾斜影像圖和建筑三維模型。 編寫了技術(shù)實施方案與工程實施方案，承擔(dān)該城區(qū)約 10 平方公里 5cm分辨率航空影像數(shù)據(jù)、傾斜影像圖和建筑三維模型。2. 主要軟硬件設(shè)備序號軟硬件名稱數(shù)量備注1計算機工作站3 套2OS-M8無人機2 架一架應(yīng)急備用3中海達(dá) V60 RTK2 臺4工具車1 輛專業(yè)資料整理WORD格式5Smart 3D 軟件4 套6航天遠(yuǎn)景軟件2 套7計算機、辦公軟件等假設(shè)干8Photoscan 數(shù)據(jù)處理軟件2 套9OSketch4 套圖 1-1圖 1-2 ，中海達(dá) OS-M8八旋翼無人機3. 作業(yè)依據(jù)a) " 1:50

3、0 、 1:1000 、 1:2000比 例 尺 地 形圖 航 空 攝 影規(guī) X "(GB/T6962-2005) ；b) "1:500 、1:1000 、1:2000 地形圖航空攝影測量數(shù)字化測圖標(biāo)準(zhǔn)"(GB/T 15967-2021) ；c) "1:500 、1:1000 、1:2000 比例尺地形圖航空攝影測量外業(yè)標(biāo)準(zhǔn)"(GB/T 7931-2021) ；專業(yè)資料整理WORD格式d)"1:500 1:1000 1:2000 外業(yè)數(shù)字測圖技術(shù)規(guī)程" (GB/T14912-2005) ；e) "國家根本比例尺地圖

4、圖式第一局部： 1：500、1：1000、1:2000地形圖圖式" (GBT 20257.1-2007) ；f) "衛(wèi)星定位城市測量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)" (CJJT73-2021) ；g) "數(shù)字測繪產(chǎn)品檢查驗收規(guī)定和質(zhì)量評定"(GB/T 18316-2021) ；h) "城市測量標(biāo)準(zhǔn)" (CJJ8-99) ；i) "全球定位系統(tǒng)實時動態(tài)測量(RTK)測量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)"(CH/T 2021-2021) ；j) "全球定位系統(tǒng) GPS測量標(biāo)準(zhǔn)" (GB/T 18314 2021) ；k) "

5、低空數(shù)字航空攝影測量內(nèi)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)"(CH/Z 3003202190)；l) "低空數(shù)字航空攝影測量外業(yè)標(biāo)準(zhǔn)"(CH/Z 30042021) ；m)"低空數(shù)字航空攝影標(biāo)準(zhǔn)"(CH/Z 3005 2021) ；n)"根底地理信息數(shù)字成果1:500 1:1000 1:2000 數(shù)字傾斜影像圖"(CH/T 9008.3 2021) ；o) "數(shù)字航空攝影測量空中三角測量標(biāo)準(zhǔn)" (GB/T 23236-2021);p) "數(shù)字測繪成果質(zhì)量要求" (GB/T 17941-2021) ；q) "

6、;測繪作業(yè)人員平安標(biāo)準(zhǔn)" (CH1016-2021)；r) "測繪技術(shù)設(shè)計規(guī)定" (CH/T1004-2005) ；s) "測繪技術(shù)總結(jié)編寫規(guī)定" (CH/T 1001-2005) ；t) "航空攝影產(chǎn)品的注記與包裝" (GB/T16176-1996) ；u) "地球空間數(shù)據(jù)交換格式" (GB/T17798-1999) ；v) "根底地理信息要素分類與代碼" (GB/T13923-2006) ；專業(yè)資料整理WORD格式本次工程實施以本工程技術(shù)要求為準(zhǔn)，如本設(shè)計書未提及局部參照相關(guān)國家標(biāo)

7、準(zhǔn)。4. 成果技術(shù)指標(biāo)及規(guī)格4.1 數(shù)學(xué)根底成圖精度及要素取舍參照國家1：500 比例尺標(biāo)準(zhǔn)。4.2 產(chǎn)品規(guī)格1測區(qū)面積： 10 平方公里；2影像分辨率： 5cm；3橢球體： WGS84；4數(shù)據(jù)格式： GeoTiff ；5坐標(biāo)系： CGCS2000；6交貨方式：整體提交，電子光盤，物流快遞；5. 作業(yè)流程航空攝影測量是利用航空飛行器所獲取的影像數(shù)據(jù)， 構(gòu)建立體模型測定目標(biāo)物的形狀、大小、空間位置、性質(zhì)和相互關(guān)系的科學(xué)技術(shù)。目前生產(chǎn)采用的數(shù)字?jǐn)z影測量是利用數(shù)字立體影像， 借助計算機技術(shù)提取所攝對象的幾何與物理特征， 并用全數(shù)字化方式進(jìn)展的攝影測量。該工程主要利用近年來成熟的中低空無人機航空數(shù)字?jǐn)z

8、影技術(shù)， 對工程區(qū)域獲取高分辨率的航空影像數(shù)據(jù)； 首先根據(jù)測區(qū)的地形、 地貌條件，制定合理的航攝方案， 選擇最有利的飛行時機，利用先進(jìn)的低空專業(yè)資料整理WORD格式數(shù)碼航測技術(shù)對測區(qū)進(jìn)展航空攝影，獲取測區(qū)的最正確影像資料。本工程采用小型無人機搭載傾斜影像測量系統(tǒng)進(jìn)展航攝獲取原始影像影像數(shù)據(jù)，具體作業(yè)流程如以下圖：專業(yè)資料整理WORD格式圖 1-2圖 1-2 ，作業(yè)流程圖專業(yè)資料整理WORD格式二、航空攝影測量實施1、 設(shè)備選擇及技術(shù)要求1.1 飛行器選擇中海達(dá) OS-M8八旋翼無人機。機身自重 7.1KG，多旋翼飛機軸距1280mm，旋翼長度 18 寸，飛行時長 3045min，最大載荷 5k

9、g，飛機升限 4500m，控制半徑 10km，巡航速度 012m/s，升降速度 2-10m/s，作業(yè)環(huán)境 -10+40，最大抗風(fēng)能力 6 級，航線自主飛行，雙星雙控、斷槳保護(hù)、失控返航?？蓾M足本次航空攝影測量任務(wù)。1.2 航攝相機選擇采用本公司自行研發(fā)的5 鏡頭傾斜攝影測量相機， 其中 1 個垂直向下，前、后、左、右四個方向各一個鏡頭，傾斜角度45 度，相機專業(yè)資料整理WORD格式重量pos2.1kg，鏡頭焦距 10.4mm，總像素大于 1 數(shù)據(jù)信息， gps 數(shù)據(jù)信息，最大影像分辨率億，同步記錄曝光點2cm。作業(yè)環(huán)境專業(yè)資料整理WORD格式-10+40。專業(yè)資料整理WORD格式1.3 航攝技

10、術(shù)要求航空攝影測量是利用無人機作為遙感傳感器的飛行平臺， 使用所搭載的傳感器， 近地面區(qū)域?qū)y區(qū)進(jìn)展航拍攝影， 通過無人機的姿態(tài)信息對獲取的影像進(jìn)展解算和拼接， 并對數(shù)據(jù)進(jìn)展提取分析， 進(jìn)而實現(xiàn)對測區(qū)地表特征進(jìn)展監(jiān)測。獲取可用于繪制 1：500 地形圖和數(shù)字傾斜影像圖的立體影像。航空攝影測量應(yīng)根據(jù)不同測區(qū)的地形特點， 在確保測圖精度的前提下，本著有利于縮短成圖周期、降低本錢、提高綜合效益的原那么，專業(yè)資料整理WORD格式航攝相對航高按下式計算：""×""""""H =""式中： H攝影

11、航高，單位為米(m)；f鏡頭焦距，單位為毫米 (mm)；a像元尺寸，單位為毫米 (mm)；GSD地面分辨率，單位為米 (m)。像片重疊度、像片傾斜角、像片旋偏角、航線彎曲度、影像質(zhì)量等飛行質(zhì)量和攝影質(zhì)量要求必須符合CH/Z 30052021"低空數(shù)字航空攝影標(biāo)準(zhǔn)"的要求。2、 航攝區(qū)域任務(wù)規(guī)劃及航線設(shè)計2.1 航線布設(shè)及飛行工作量A 航線布設(shè)原那么:航線按照測區(qū)走向直線方法布設(shè) ,平行于測區(qū)邊界限的首末航線的側(cè)視鏡頭能夠獲得測區(qū)的有效影像。 考慮到傾斜攝影相機拍攝角度， 為保證邊緣物體立體成像， 航線覆蓋超出測區(qū)邊界限至少 200 米。當(dāng)任務(wù)目標(biāo)區(qū)域X圍過大或者目標(biāo)區(qū)域落差

12、較大， 需考慮分區(qū)域?qū)y區(qū)進(jìn)展航拍測量。 對于此次任務(wù)的目標(biāo)區(qū)域X圍較大且測區(qū)的形狀不規(guī)格，防止航線過長， 可將此次航測區(qū)域X圍分為幾個測區(qū)，以以下圖為X例，將航測區(qū)域X圍分成了 7 個測區(qū)專業(yè)資料整理WORD格式圖 2-1 航攝分區(qū)圖B航測工作量計算及工作安排：測區(qū)航線根據(jù)高空風(fēng)向以及測區(qū)形狀決定航線的敷設(shè)方式。根據(jù)對測區(qū)精度的需求， 根據(jù)航測照片的重疊度以及相機參數(shù)，由電腦計算出航線間距以及相機拍照間距，便可確定航線， 并根據(jù)現(xiàn)場風(fēng)力的大小情況確定飛機的作業(yè)速度風(fēng)越大飛機的作業(yè)速度設(shè)計的越小，這樣飛機有更多的時間調(diào)節(jié)姿態(tài)，以保證飛機影像的可靠性。根據(jù)每架次飛行最大時間30 分鐘，每架次作業(yè)

13、安照0.8 小時計算。每天飛行架次?？捎嬎泔w行所需總架次，即可計算多少航攝日即可完成全部航拍任務(wù)。附飛行工作量預(yù)算表。專業(yè)資料整理WORD格式表 2.1 飛行工作量預(yù)算表航線長度測區(qū)面積飛行架次總時間分區(qū) km2 (次 )小時(km)分區(qū) 1分區(qū) 2分區(qū) 3分區(qū) 4分區(qū) 5分區(qū) 6分區(qū) 7合計C測區(qū)航線圖對該市測區(qū)分區(qū)后，規(guī)劃好每個區(qū)的航線，根本設(shè)計方式如下：圖 2-2 分區(qū) 1 航線圖專業(yè)資料整理WORD格式圖 2-3 分區(qū) 2 航線圖專業(yè)資料整理WORD格式圖 2-4 分區(qū) 3 航線圖專業(yè)資料整理WORD格式圖 2-5 分區(qū) 4 航線圖專業(yè)資料整理WORD格式圖 2-6 分區(qū) 5 航線圖專

14、業(yè)資料整理WORD格式圖 2-7 分區(qū) 6 航線圖專業(yè)資料整理WORD格式圖 2-8 分區(qū) 7 航線圖專業(yè)資料整理WORD格式2.2 航飛作業(yè)A攝影時間選擇攝影時間根據(jù)地形條件、氣象條件和本地特點選擇在上午9：00 至下午 5：00 之間進(jìn)展，減少相片中陰影面積。并防止在大風(fēng)，下雨及能見度不好的天氣情況下飛行。B飛行要求1) 按設(shè)計航跡坐標(biāo)采用 GPS 導(dǎo)航；2) 需要分區(qū)時，航向航線重疊至少 1 X照片，旁向航線重疊至少 1 條航線。3) 像片重疊度航向 80，旁向 70。4) 像片傾角一般不大于 5°，個別最大不超過 12°，出現(xiàn)超過 8°的片數(shù)不多于總數(shù)的

15、10%。要求沒有航攝漏洞出現(xiàn)。5) 像片旋角一般不大于 15°，個別最大不超過 30°，在同一條航線旋角超過 20°相片數(shù)不應(yīng)超過 3 片，超過 15°旋角的像片數(shù)不得超過分區(qū)像片總數(shù)的 10%。像片傾角和像片旋角不應(yīng)同時到達(dá)最大值。6) 像片能滿足制作 1：500 傾斜影像圖的要求。C航攝質(zhì)量控制與保障工程航飛過程中，必須遵守以下要求：航飛攝影測量開場前， 工程技術(shù)人員盡可能詳細(xì)了解測區(qū)的地形、氣象、交通等信息，認(rèn)真審核工程實施方案， 作好進(jìn)場前的各項準(zhǔn)備。飛行員要了解測區(qū)空域情況， 熟悉周邊機場位置和現(xiàn)場空中管制專業(yè)資料整理WORD格式及通訊聯(lián)絡(luò)方式

16、、要求。飛行中采用 GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)，按照航線設(shè)計數(shù)據(jù)飛行，數(shù)碼航空攝影時，飛行要盡可能平穩(wěn)，旋偏角、航偏角不能超過標(biāo)準(zhǔn)要求。D航測作業(yè)過程中的本卷須知：1在充分了解測區(qū)情況后，需要根據(jù)測區(qū)的具體情況以及作業(yè)精度要求和作業(yè)平安的考慮，選取適宜的起飛點，起飛點的選取包括整個測區(qū)的通視情況、飛機平安起飛降落平臺的寬闊及地面的平整性、起飛點位于測區(qū)相對高程較高處以保證視野等綜合因素。2起飛前需檢查飛機各個部位的螺絲以及各局部設(shè)備之間是否出現(xiàn)松動，如有松動一定要擰緊。3電池在安裝前必須拿測電器檢查是否滿電， 如果電量缺乏，那么切記不可使用，需換一組電池，防止出現(xiàn)意外。在安裝電池時電池不要靠GPS靠得太

17、近防止因飛機震動導(dǎo)致電池與 GPS接收機有碰撞，也防止了電池自身的磁場對的干擾。4飛機先接飛控電，動力電需等航線規(guī)劃、上傳驗證無誤、以及相機等其他一切設(shè)備都準(zhǔn)備就緒了才能接電，且在接動力電時一定要確認(rèn)相機是在關(guān)機狀態(tài)。準(zhǔn)備無誤，接通動力電，相機開機，檢查相機是否正常工作， 一切無誤后，主控手操作飛機起飛，并進(jìn)入航線。注意在野外作業(yè)時，如果場地灰塵較大應(yīng)提前準(zhǔn)備起飛降落的布，防止因起飛專業(yè)資料整理WORD格式的風(fēng)力造成的灰塵卡住相機，進(jìn)而損壞相機。5在進(jìn)入航線后，在航線自主導(dǎo)航飛行過程中主控手與地面站人員需配合默契。主控手主要負(fù)責(zé)飛機的起飛降落，以及飛行過程中實時關(guān)注飛機狀態(tài)， 時刻準(zhǔn)備應(yīng)對突發(fā)

18、狀態(tài)；地面站人員需時刻關(guān)注地面站上飛機的回傳信息，包括飛機位置、高度、電池電量、飛機姿態(tài)、雙子星數(shù)據(jù)等，并時刻與主控手保持聯(lián)系， 確保主控手能實時了解飛機狀態(tài)。6在航線完畢后，由主控手操控飛機降落，飛機降落后，不著急斷電，但要注意現(xiàn)場平安。飛機降落后，在地面站上獲取飛機的 pos 數(shù)據(jù)、航線截圖、以及檢查相機照片數(shù)量是否與 pos 數(shù)據(jù)一致。檢查數(shù)據(jù)無誤后，先將相機關(guān)機，然后斷動力電，最后在斷飛控電。收拾設(shè)備，注意不要遺漏。E像控點的選取從野外回來， 及時將相機里的照片拷貝出來， 由于相機由五個鏡頭組成，每個鏡頭的照片都是獨立的， 所以在拷貝照片時要分鏡頭存儲，備份。從正射相片中選取該測區(qū)的像

19、控點。 因為像控點精度嚴(yán)重影響測圖精度，所以在選取像控點時， 一定要選紋理清楚的點以保證像控點精度。像控點精度主要包含兩個方面，一是像控點的測量精度，二是像控點影像目標(biāo)精度， 前者現(xiàn)在普遍采用 GPS 進(jìn)展測量，精度較高，一般小于 5 個 cm 的測量誤差，可以忽略不計，但像控點影像目標(biāo)精專業(yè)資料整理WORD格式度就不一樣了， 它取決于地表影像紋理的豐富程度， 所以在選取時應(yīng)選擇紋理明顯的，對空通視，像控點位置平坦并均勻分布在測區(qū)，如果測區(qū)無明顯紋理地物，那么應(yīng)該先布設(shè)像控點目標(biāo)可提高精度。在室內(nèi)找好似控點后，到現(xiàn)場踩像控點是記得做好記錄、拍照?；氐绞覂?nèi)整理好點之記。F整理與質(zhì)量檢查影像的地面

20、分辨率優(yōu)于 0.05 米，保證影像清晰，反差適中，顏色飽和，色彩鮮明，色調(diào)一致，能夠區(qū)分與地面分辨率相適應(yīng)的地物影像。航攝過程中出現(xiàn)的絕對漏洞、 相對漏洞及其它嚴(yán)重缺陷要進(jìn)展補攝，漏洞補攝按照原設(shè)計航跡進(jìn)展。 對于不影響內(nèi)業(yè)加密點和模型連接的相對漏洞及局部缺陷如云、云影、斑痕等 ，可只在漏洞處補攝。補攝航線長充應(yīng)超出漏洞外一條基線。G數(shù)據(jù)整理與移交需移交的數(shù)據(jù)包括：航線截圖、POS數(shù)據(jù)、原始照片、像控點坐標(biāo) ( 如果坐標(biāo)需轉(zhuǎn)換那么需提交原始坐標(biāo)以及轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo) ) 、像控點點之記、差分?jǐn)?shù)據(jù)。如果飛機架次較多需按日期、架次分好文件夾。三、數(shù)據(jù)處理本工程的三維數(shù)字城市模型運用Smart3D cap

21、ture 強大的基于圖像密集匹配技術(shù)的快速三維場景運算功能，進(jìn)展傾斜攝影空中三角測量解算、進(jìn)展地面景物的逼真實景真三維重構(gòu)，最終到達(dá)實現(xiàn)全要素的三維數(shù)字城市模型及場景生產(chǎn)的目的。本工程的技術(shù)流程如以下圖：專業(yè)資料整理WORD格式傾斜攝影原始影像POS數(shù)據(jù)地面控制點CORS傾斜影像垂直影像POS解算較準(zhǔn)確外方位元素空中三角測量準(zhǔn)確外方位元素歸一化處理基于 GPU的快速三維場景運算增強影像超高密度點云構(gòu)建的DSM全自動紋理匹配初級全要素的三維數(shù)字城市模型及場景模型精細(xì)化處理全要素的三維模型及場景元數(shù)據(jù)文件檢查驗收不合數(shù)據(jù)輸出成果上交專業(yè)資料整理WORD格式圖 3-1 數(shù)據(jù)處理技術(shù)流程圖專業(yè)資料整理

22、WORD格式3.1 航空攝影測量數(shù)據(jù)處理要求(1) 消除影像畸變差。(2) 增加外業(yè)像控數(shù)量，提高空三加密的精度。(3) 內(nèi)業(yè)測圖，多調(diào)用相關(guān)像對， 盡量不使用像對邊緣局部測圖。3.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理由于傾斜攝影相機裝備了5 個不同朝向的相機，傾斜攝影角度為 45°。在拍攝曝光的瞬間， 5 個相機所拍攝的角度不一致，就必然會出現(xiàn)光線反差、強度等的不一致 ;這樣就有可能導(dǎo)致出現(xiàn)同一地物影像在不同相機下的色彩、 明暗程度出現(xiàn)差異， 最終影響到三維真實場景的精度和效果。在影像質(zhì)量檢查階段和 Mosaic 階段對影像顏色進(jìn)展調(diào)整，解決測區(qū)局部因為天氣影響導(dǎo)致的有霧、 反差較差等顏色問題，以消除因

23、為霧氣、反差等因素的影像。3.3 空中三角測量（ 1數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：根據(jù)測區(qū)X圍選擇影像；整理 pos 數(shù)據(jù)；對相機文件進(jìn)展分析，獲得焦距、像素等相機參數(shù)；確定飛行方向?qū)τ跋襁M(jìn)展旋轉(zhuǎn)；建立金字塔，對原始掃描影像文件進(jìn)展壓縮處理，提高運算速度。（ 2在 Smart3DCapture 軟件中創(chuàng)立工程， 導(dǎo)入預(yù)處理后的傾斜影像、 POS 成果、像控成果等數(shù)據(jù)。（ 3影像自動匹配，利用同名光線匹配影像左右片的同名點，對特殊地貌、陰影、遮擋等原因?qū)е碌倪B接點不夠，反復(fù)增加此處的相對定向點重新匹配。專業(yè)資料整理WORD格式 4相對空三解算，到達(dá)相對定向連接點上下視差中誤差為 1 /3 像素，連接點上下視差最大殘

24、差為 2 /3 像素。（ 5量測控制點，在立體顯示環(huán)境下，結(jié)合外業(yè)控制點像片和點之記，準(zhǔn)確量測控制點。相對空三解算通過后再量測， 選取控制點，進(jìn)展絕對解算。（ 6絕對空三解算，絕對定向與區(qū)域網(wǎng)平差計算后，根本定向點殘差、檢查點誤差。然后根據(jù)需要導(dǎo)出不同格式的模型數(shù)據(jù)。專業(yè)資料整理WORD格式圖 3-2 Smart3DCapture 軟件中空三加密過程專業(yè)資料整理WORD格式3.4 實景真三維模型生成A)三維重建空三加密后獲得了高密度的點云數(shù)據(jù)，對于該城區(qū)的海量數(shù)據(jù)，采用切塊分割的方式將該市航測按數(shù)據(jù)密集程度分割成數(shù)塊。構(gòu)建不規(guī)那么三角網(wǎng) TIN 數(shù)據(jù)，并生成白膜的三維模型。對生成白膜的三維模型賦予紋理，由于傾斜攝影能夠獲取詳細(xì)準(zhǔn)確的影像與地理信息，再加上先進(jìn)的定位技術(shù)所獲取的影像都具有準(zhǔn)確的坐標(biāo)信息，通過紋理映射，可自動迅速地將影像紋理貼在相對應(yīng)的三維模型面上，以此生成基于影像紋理的高分辨率傾斜攝影三維模型( 如圖 3-3 所示) 。圖 3-3 TIN 數(shù)據(jù)專業(yè)資料