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        基于動力三角翼低空攝影測量技術(shù)的三維建模方法研究

        2015-04-17 19:27:52劉麗娟李勝天
        江西測繪 2015年4期
        關(guān)鍵詞:三維建模

        劉麗娟 熊 文 李勝天

        (江西省煤田地質(zhì)局測繪大隊 江西南昌 330001)

        基于動力三角翼低空攝影測量技術(shù)的三維建模方法研究

        劉麗娟熊文李勝天

        (江西省煤田地質(zhì)局測繪大隊江西南昌330001)

        摘要:通過利用動力三角翼低空攝影測量技術(shù)獲取高分辨率正射影像圖和DEM數(shù)據(jù),利用ArcGIS和SketchUp相結(jié)合,實現(xiàn)了對地形和地物數(shù)據(jù)相結(jié)合的快速三維建模。實驗證明該方法可行。

        關(guān)鍵詞:低空攝影測量;數(shù)字高程模型;正射影像圖;三維建模

        1 引言

        鑒于目前對三維景觀建模的方法研究,有通過專業(yè)的三維建模軟件實現(xiàn)的,有利用傳統(tǒng)的GIS數(shù)據(jù)進行三維建模的,第三種是通過利用航測技術(shù)進行三維建模。每種方法都各有特點。利用第一種方法的能對城市的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)特征比較逼真的表示出來,但是沒有具體的地理信息,第二種方法傳統(tǒng)的GIS數(shù)據(jù)不能對城市細節(jié)表現(xiàn)出來,視覺效果不好。利用航測方法能實時獲取清晰的數(shù)據(jù),對地物地形及其變化能更加具體的描述,因此本文初步探討利用航測方法進行建模。

        2 基于INPHO的動力三 角翼低空攝影的數(shù)據(jù)解算

        隨著數(shù)碼相機技術(shù)的發(fā)展和應用,低空攝影測量技術(shù)的研究與應用已成為必然趨勢,它是一種基于數(shù)字信息和數(shù)字影像技術(shù)的數(shù)據(jù)獲取手段。低空攝影測量是一種采用輕小型飛行器的,可使用但不依賴機場起降的,相對航高較低,一般在2000米以下,采用2000萬像素以上的小像幅數(shù)碼相機為傳感器進行航空攝影測量工作。

        2.1低空攝影作業(yè)流程

        (1)首先獲取基于POS輔助空三加密的影像數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采用動力三角翼低空航攝獲取。相機為RolleiP65+型數(shù)碼相機,焦距51.565mm,航向重疊65%,旁向重疊35%,航攝比例尺1:15000。

        (2)POS數(shù)據(jù)解算。利用GRAFNAV軟件將獲得的GPS/IMU數(shù)據(jù)進行解算,得出比較準確的相機拍攝位置。結(jié)合飛行記錄里的姿態(tài)角 (已經(jīng)過云臺糾正),得到照片的初始6個方位元素:X,Y,Z,W,P,K。再將其坐標參數(shù)X,Y,Z通過參數(shù)轉(zhuǎn)換,將已有的WGS84坐標系轉(zhuǎn)換到所需的坐標系西安1980坐標系。

        (3)內(nèi)業(yè)空三加密

        由于數(shù)據(jù)有加載GPS/IMU,利用INPHO進行GPS/IMU輔助空三加密。INPHO軟件采用新一代光束法二次平差,能過得到更好的數(shù)學模型和平差結(jié)果,測區(qū)平差可靠,精度高。

        加密分為兩種模式:第一種,絕對定向方式,即要求空三開始之前就加入地面控制點和檢查點。第二種。相對定向方式,即不要求地面控制點和檢查點,空三完成后再進行絕對定向,一般用于無控制點或者控制點不好做,影像質(zhì)量不好時。加密后的各種限差具體取值如表1。

        2.2DEM制作和特征數(shù)據(jù)采集

        數(shù)字地形模型(DigitalTerrainModel,簡稱DTM),是描述包括高程在內(nèi)的各種地貌因子,如坡度、坡向、坡度變化率等因子在內(nèi)的線性和非線性組合的空間分布。

        INPHO模塊之一DTM/DSM生產(chǎn)——Match-T,具有精確、高效、全自動化的功能。

        建立DEM的方法有多種,本文根據(jù)低空攝影獲取的影像,通過數(shù)字攝影測量途徑獲取。

        1)從航空或衛(wèi)星影像中全總動化提取DSM/ DTM,為整個測區(qū)影像生成無縫模型。

        2)通過先進的智能多影像匹配技術(shù)和有效的數(shù)據(jù)濾波,實現(xiàn)高精度和可靠性。

        3)通過已有地形地貌數(shù)據(jù)參與以提高結(jié)果精度,所有影像重疊區(qū)均參入計算。

        4)可以根據(jù)需要設定自定義區(qū)域,整合DTM工具包(合并、分幅、格式轉(zhuǎn)換等)。

        2.3DEM數(shù)據(jù)編輯

        通過以上方法提取DEM數(shù)據(jù)進行檢查編輯,對建筑物、水域、樹木上的DEM點進行編輯處理,使其落于地面上。

        2.4數(shù)字正射影像圖制作

        利用已編輯的DEM數(shù)據(jù)制作正射影像圖。數(shù)字正射影像圖影像地面分辨率:0.1米。對正射影像作勻光勻色處理。單個測區(qū)生成DOM后,對每個模型的正射影像進行檢查,對個別色調(diào)差別大的影像進行單獨處理。再選擇出顏色質(zhì)量好的,接近整體效果的影像為主影像,以它為參照進行勻光。

        3 地形和建筑物三 維建模

        Arcgis具有很強大 GIS三維功能,利用其ArcScene模塊可以直接添加顯示三維數(shù)據(jù),疊加影像數(shù)據(jù)和矢量化數(shù)據(jù),可以對矢量數(shù)據(jù)進行拉伸,從而達到很直觀的三維效果。也可以進行相關(guān)的3D分析,生成坡度坡向等。GoogleSketchUp軟件能迅速的對建筑物進行三維構(gòu)建、顯示和編輯。其建立的3D模型數(shù)據(jù)可以導出多種數(shù)據(jù)格式,能與GIS軟件兼容,參與3D空間分析。

        本文利用 ArcScene對地形數(shù)據(jù)建模和SketchUp對建筑物建模相結(jié)合。

        3.1地形的三維建模

        地形建模是用于表達地面起伏形態(tài),包括數(shù)據(jù)和地表紋理。其方法是可以通過利用三維

        點云數(shù)據(jù)生成 TIN(TriangulatedIrregular Network,不規(guī)則三角網(wǎng))或者DEM,在疊加正射影像數(shù)據(jù)作為地表模型的紋理數(shù)據(jù)。

        本文通過低空航攝獲取到高分辨率正射影像圖和DEM數(shù)據(jù),通過轉(zhuǎn)換DEM格式,在ArcScene中加載DEM數(shù)據(jù),生成TIN模型,加載正射影像圖作為該地表模型的紋理疊加到該模型上,實現(xiàn)地形的三維建模,如圖1所示。3.2建筑物的三維建模

        建筑物的建??梢源笾路譃閹追N:大區(qū)域的建筑物群時,要分類建模;城市片區(qū)的內(nèi)部建筑物以簡單紋理體塊表示;街邊路邊的要在主體建筑物上添加紋理,增強真實感;結(jié)構(gòu)復雜或者有重要標志性的建筑物可以單獨建模。本文的數(shù)據(jù)屬于小區(qū)域的城市內(nèi)部建筑物,利用ArcGIS結(jié)合SketchUp建模流程概括:

        (1)使用ArcGIS桌面,即ArcMap加載矢量數(shù)據(jù),即特征數(shù)據(jù)采集的房屋三維數(shù)據(jù)。

        (2)在ArcMap環(huán)境中,利用SketchUp插件工具,將所需要建模的區(qū)域?qū)隨ketchUp中。

        (3)在SketchUp創(chuàng)建模型,對建筑物添加相應的紋理。對于復雜的建筑物的外表比如門窗等框架結(jié)構(gòu)復雜圖案,可以利用紋理映射方法模擬這些細節(jié),可以提高速度和減少數(shù)據(jù)量。

        (4)在 SketchUp中將模型轉(zhuǎn)成 ArcGIS的Multipatch模 型 要 素 文 件 并 保 存 于Personal GeoDatabase(.mdb)中。

        (5)在 ArcScene中將的房屋三維模型(Multipatch數(shù)據(jù)圖2(b))加載到圖1地形三維模型數(shù)據(jù)中,得到了建筑物結(jié)合地形的三維模型。如圖3所示。

        4 結(jié)束語

        利用三維建模軟件和GIS專業(yè)軟件相結(jié)合,通過航測方法獲取提取數(shù)據(jù),能快速、有效、準確的實現(xiàn)地形地貌的建模,能得到更好的直觀的展示。低空攝影測量給三維城市地形地物的建模數(shù)據(jù)的獲取提供了一個很好的途徑,利用它們可以把遙感和決策信息系統(tǒng)技術(shù)集中起來,在測繪等領(lǐng)域中發(fā)揮更重要的作用。

        參考文獻:

        [1]程效軍,朱鯉,劉俊領(lǐng).基于數(shù)字攝影測量技術(shù)的三維建模.同濟大學學報(自然科學報).2005,33(1):37-41

        [2]VirtuoZo全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)使用手冊.218-219

        [3]徐昌榮,孫濤,仲軍華.ArcGIS結(jié)合SketchUp輔助城市規(guī)劃的綜述.安徽農(nóng)業(yè)科學.2008,36(34):15132-15134

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