摘 要:通過(guò)基于無(wú)人機(jī)傾斜攝影實(shí)景三維模型的一些應(yīng)用案例,對(duì)三維模型在數(shù)據(jù)生產(chǎn)階段、數(shù)據(jù)加工階段,大數(shù)據(jù)深度挖掘利用階段的應(yīng)用案例做了介紹,探索了三維模型在測(cè)繪地理信息行業(yè)以及其它行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:無(wú)人機(jī)傾斜攝影;三維模型;三維成圖;斷面提取;三維GIS平臺(tái)
引言
傾斜攝影技術(shù)是國(guó)際測(cè)繪領(lǐng)域近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新技術(shù)。它顛覆了以往正射影像只能從垂直角度拍攝的局限,通過(guò)在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)傳感器,同時(shí)從一個(gè)垂直、四個(gè)傾斜五個(gè)不同的角度采集影像,將用戶引入了符合人眼視覺(jué)的真實(shí)直觀世界。航空傾斜影像不僅能夠真實(shí)地反應(yīng)地物情況,而且可通過(guò)先進(jìn)的定位技術(shù),嵌入精確的地理信息、更豐富的影像信息、更高級(jí)的用戶體驗(yàn),極大地?cái)U(kuò)展遙感影像的應(yīng)用領(lǐng)域,使遙感影像的行業(yè)應(yīng)用更加深入。無(wú)人機(jī)搭載傾斜相機(jī)的傾斜影像技術(shù)的引進(jìn)和應(yīng)用,拆掉了航拍作業(yè)的門(mén)檻,使得航拍作業(yè)成本更低、作業(yè)模式更靈活,效率更高;在模型精度上,已經(jīng)達(dá)到了厘米級(jí),為三維技術(shù)的大規(guī)模推廣應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
本文結(jié)合作者單位的工作實(shí)踐,初步探索了三維模型在一些行業(yè)上的應(yīng)用。本文中提到的三維模型,特指基于傾斜攝影技術(shù)的三維模型。
1、三維模型應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)儲(chǔ)備
需要的關(guān)鍵技術(shù)有傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)、計(jì)算機(jī)集群數(shù)據(jù)處理技術(shù)、三維模型單體化技術(shù)、計(jì)算機(jī)海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)等等。
1.1、傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)
首先,測(cè)繪知識(shí)基礎(chǔ)不可或缺,要獲得帶有地理定位的精確模型,在航拍前期階段就需要做大量的測(cè)繪工作準(zhǔn)備:GPS控制、水準(zhǔn)測(cè)量、像控點(diǎn)布設(shè)及測(cè)量、投影及抵償面的選擇、坐標(biāo)系的選擇等等,總之,所獲得模型的數(shù)學(xué)基準(zhǔn)要與二維數(shù)據(jù)體系一致,或者確定換算關(guān)系。
1.2、計(jì)算機(jī)集群數(shù)據(jù)處理技術(shù)
不管用何種工具,三維模型的獲得需要計(jì)算機(jī)處理海量數(shù)據(jù)。比之單張拍攝,傾斜攝影一次拍攝5張相片,即時(shí)不考慮重疊度,數(shù)據(jù)已經(jīng)增加了5倍。要迅速處理數(shù)據(jù),必須提升計(jì)算機(jī)的處理能力,計(jì)算機(jī)集群處理技術(shù)是目前行之有效的選擇。計(jì)算機(jī)集群(cluster)技術(shù)它是將若干臺(tái)計(jì)算機(jī)(或工作站、服務(wù)器等)通過(guò)互連網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái),使它們像一臺(tái)計(jì)算機(jī)一樣地工作,從而可以獲得接近于或超過(guò)并行計(jì)算機(jī)計(jì)算和處理能力的技術(shù)。通過(guò)集群技術(shù),可以在付出較低成本的情況下獲得在性能、可靠性、靈活性方面的相對(duì)較高的收益,其任務(wù)調(diào)度則是集群系統(tǒng)中的核心技術(shù)。集群是一組相互獨(dú)立的、通過(guò)高速網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的計(jì)算機(jī),它們構(gòu)成了一個(gè)組,并以單一系統(tǒng)的模式加以管理。
1.3、三維模型單體化技術(shù)
傾斜攝影獲得的實(shí)景三維模型是一個(gè)整體,如果模型不能單體化,則中看不中用。模型單體化方法有全要素分層法,構(gòu)建矢量面法等。全要素分層對(duì)傾斜三維模型按照建筑,水系,道路,電桿、植被、隔離帶等等的對(duì)象實(shí)現(xiàn)單體和分層管理;通過(guò)構(gòu)建矢量面,完成單體模型屬性掛接,是目前簡(jiǎn)便易行的辦法,工作效率高。作者認(rèn)為,技術(shù)無(wú)止境,任何一種技術(shù),都以服務(wù)客戶,解決問(wèn)題為根本。新技術(shù)的推廣應(yīng)用要考慮經(jīng)濟(jì)因素、軟硬件設(shè)備因素,先讓產(chǎn)品落地,在用戶的使用過(guò)程中做好服務(wù),通過(guò)用戶的應(yīng)用體驗(yàn)改進(jìn)系統(tǒng),進(jìn)一步通過(guò)產(chǎn)品升級(jí)回饋用戶。
1.4、計(jì)算機(jī)海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)
在二維數(shù)據(jù)時(shí)代,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)用計(jì)算機(jī)自帶硬盤(pán)已經(jīng)足夠,容量為4G的電腦,一名技術(shù)人員可用好幾年,大不了用移動(dòng)硬盤(pán)將數(shù)據(jù)導(dǎo)出來(lái)。但三維時(shí)代,傾斜攝影無(wú)人機(jī)1天拍攝產(chǎn)生的數(shù)據(jù),隨便達(dá)到數(shù)個(gè)G,一個(gè)小型城市,傾斜攝影航拍產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)輕松超過(guò)1個(gè)T,三維建模階段更是需要消耗數(shù)倍于原始數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間。數(shù)據(jù)量因“大”產(chǎn)生的讀取、運(yùn)算、轉(zhuǎn)移問(wèn)題,必須要考慮用專業(yè)的硬件架構(gòu),關(guān)系型SQR數(shù)據(jù)庫(kù)目前尚能滿足需求,今后,可能會(huì)趨向于NOSQL非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)工具。
2、三維模型的應(yīng)用
三維模型在數(shù)據(jù)的獲取階段及數(shù)據(jù)分析加工階段都有著廣泛的應(yīng)用。在測(cè)繪行業(yè),可以用三維模型生成大比例尺地形圖;提取工程斷面。在GIS應(yīng)用方面,三維模型是最直觀的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),三維模型+屬性數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)可以開(kāi)發(fā)基于三維的GIS平臺(tái),在國(guó)土、公安、民政、稅務(wù)、市政、規(guī)劃等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。
2.1、大比例尺成圖
傾斜攝影航拍分辨率與獲得的三維模型精度約為1:3,從實(shí)際測(cè)試結(jié)果來(lái)看,傾斜攝影分辨率達(dá)到5cm時(shí),獲得的三維模型精度可以滿足1:1000地形圖成圖要求。傾斜攝影分辨率達(dá)到3cm時(shí),獲得的三維模型精度可以滿足1:500地形圖成圖要求。用三維模型成圖,在建筑物密集區(qū)、植被覆蓋率高的區(qū)域,需要加強(qiáng)實(shí)地調(diào)繪及補(bǔ)測(cè)工作。除此以外的其它區(qū)域,優(yōu)勢(shì)明顯,隨著航攝、無(wú)人機(jī)、建模等相關(guān)技術(shù)的日趨成熟,傳統(tǒng)的工程測(cè)量作業(yè)將會(huì)逐步航測(cè)化,內(nèi)業(yè)化,而效率會(huì)越來(lái)越高。
2.2、斷面提取
在勘測(cè)設(shè)計(jì)行業(yè),線路設(shè)計(jì)工作是一個(gè)重要部分,傳統(tǒng)線路設(shè)計(jì),需要現(xiàn)場(chǎng)踏勘,測(cè)設(shè)地形圖,在二維圖上選線,再到現(xiàn)場(chǎng)定線,測(cè)設(shè)斷面,工序多,成本高、工期長(zhǎng),對(duì)設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)要求高。傾斜攝影三維模型可以直接用于勘測(cè)公路、渠道、鐵路、地下管線、電力線等線路的踏勘、選線、定線工作。通過(guò)原始點(diǎn)云分類處理得到的地面點(diǎn)以及設(shè)計(jì)給的線路主線,還能自動(dòng)提取線路路縱、橫斷面。三維測(cè)繪技術(shù)將給傳統(tǒng)設(shè)計(jì)工作帶來(lái)革命性的變革。
2.3、應(yīng)用于行業(yè)三維GIS平臺(tái)
“三維模型+行業(yè)”可以形成各行業(yè)的GIS平臺(tái),例如,在國(guó)土部門(mén)可以開(kāi)發(fā)三維不動(dòng)產(chǎn)管理信息平臺(tái);民政部門(mén)可以用于精準(zhǔn)扶貧;規(guī)劃部門(mén)可以用三維技術(shù)開(kāi)發(fā)輔助規(guī)劃決策信息系統(tǒng);市政管理部門(mén)可以開(kāi)發(fā)三維智慧城市管理信息系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)城市部件的智慧化,自動(dòng)化管理;公安、維穩(wěn)部門(mén)可以使用城市三維模型用于安防布置、反恐、對(duì)特定人群的精準(zhǔn)定位等。以國(guó)土不動(dòng)產(chǎn)管理為例,不動(dòng)產(chǎn)登記三維管理信息系統(tǒng)通過(guò)將三維實(shí)景模型單體化、分戶;將不動(dòng)產(chǎn)登記信息與三維模型進(jìn)行有效掛接,實(shí)現(xiàn)三維環(huán)境下的對(duì)戶、自然幢、邏輯幢、宗地信息進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)分析;有效克服“外業(yè)調(diào)查指認(rèn)落宗耗時(shí)耗力、房屋落宗編號(hào)耗時(shí)長(zhǎng)、即時(shí)業(yè)務(wù)辦理不及時(shí)”等問(wèn)題,可以很好的提高不動(dòng)產(chǎn)統(tǒng)一登記管理的質(zhì)量和效率。
2.4、應(yīng)用于招商引資
充分利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),二維碼技術(shù),三維實(shí)景技術(shù),通過(guò)將三維實(shí)景模型與招商引資關(guān)聯(lián)起來(lái),以動(dòng)態(tài)的方式在三維環(huán)境下展示招商區(qū)域的經(jīng)濟(jì)狀況,區(qū)位優(yōu)勢(shì),優(yōu)惠政策;實(shí)現(xiàn)在線實(shí)景考察招商區(qū)域的環(huán)境;通過(guò)與微信小程序端結(jié)合,通過(guò)二維碼掃碼,直觀,快捷的了解招商區(qū)域的情況,隨時(shí)隨地宣傳,查看招商區(qū)域情況,實(shí)現(xiàn)便利化的在線實(shí)景考察。
2.5、VR+實(shí)景三維+微信小程序在智慧景區(qū)中的應(yīng)用
實(shí)景三維模型+VR+微信小程序可以應(yīng)用于智慧景區(qū),游客在景區(qū)游玩時(shí),通過(guò)手機(jī)微信可以搜索到附近小程序,或者通過(guò)掃碼下載景區(qū)VR,有了景區(qū)VR,相當(dāng)于貼身導(dǎo)游,而且是免費(fèi)的。通過(guò)景區(qū)VR,游客可以直觀了解景區(qū)吃喝玩樂(lè)購(gòu)物等。智慧景區(qū)微信小程序,與時(shí)俱進(jìn),將三維模型應(yīng)用通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)推送到手機(jī),服務(wù)大眾。景區(qū)VR還可以關(guān)聯(lián)景區(qū)商戶信息,使得旅游、購(gòu)物、宣傳推介有機(jī)結(jié)合,用手機(jī)作為媒介更便于大眾接受。
以上案例僅是作者結(jié)合本部門(mén)案例應(yīng)用的一部分,僅供業(yè)內(nèi)人士參考。通過(guò)這兩年,利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)做的一些項(xiàng)目,開(kāi)發(fā)的一些系統(tǒng),我們確實(shí)感覺(jué)到了無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)優(yōu)勢(shì)和廣闊的市場(chǎng)潛力。這項(xiàng)技術(shù)還可以運(yùn)用到智慧城市、智慧農(nóng)業(yè)、智慧旅游、智慧水利、應(yīng)急維穩(wěn)、搶險(xiǎn)救災(zāi)等方面。我想說(shuō)的是,當(dāng)我們測(cè)繪地理信息企業(yè),在運(yùn)用無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù),提高測(cè)繪本行業(yè)工作的同時(shí),可以多關(guān)注、多了解國(guó)家、地方的各種政策,政府各部門(mén)的一些需求,這樣就可以讓無(wú)人機(jī)傾斜攝影成果得到更廣泛的運(yùn)用,挖掘更多的價(jià)值。
作者簡(jiǎn)介
金輝 籍貫甘肅榆中縣,生于1973.06,男,1998年畢業(yè)于西安工程學(xué)院測(cè)繪工程系(現(xiàn)長(zhǎng)安大學(xué)地測(cè)學(xué)院)工程測(cè)量專業(yè),現(xiàn)就職于新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院(集團(tuán))有限責(zé)任公司任測(cè)繪地理信息院。任航測(cè)遙感室主任,高級(jí)工程師,從事航測(cè)遙感及GIS項(xiàng)目。