北京人工建模，傾斜攝影和激光雷達(dá)技術(shù)方法原理及優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比
分類：服務(wù)范圍 發(fā)布時(shí)間：2024-01-15 瀏覽量：8972
隨著“實(shí)景三維中國(guó)”建設(shè)計(jì)劃的推進(jìn)
大規(guī)模、大范圍、高精細(xì)的實(shí)景三維生產(chǎn)需求日益增長(zhǎng)
在商業(yè)軟件迅速發(fā)展的背景下
多種方法可以滿足實(shí)景三維建模的需求
但往往很難全面了解各種方法的特點(diǎn)和適用性
今天我們就從方法原理及優(yōu)劣勢(shì)三大方面
區(qū)別辨析“人工建模，北京傾斜攝影和激光雷達(dá)技術(shù)”
三維建模
1人工建模
獲取數(shù)據(jù)：利用GNSS-RTK或全站儀建模軟件：利用3DSMax、Skyline、Sketch Up等傳統(tǒng)的三維建模軟件人工建模。方法原理：利用平面信息的基礎(chǔ)上建立沒有紋理的三維模型。模型中的紋理需要人工拍照后貼到三維模型上。方法弊端：工作量大，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，生產(chǎn)成本高，效率低下。
2傳統(tǒng)遙感技術(shù)、衛(wèi)星和航空攝影測(cè)量技術(shù)
方法原理：
利用快速影像匹配技術(shù)，生成DOM需要手動(dòng)或者半自動(dòng)人工地物的采集的方式獲取影像的建筑物表面紋理。最后實(shí)現(xiàn)基于高分辨影像的三維建模。方法優(yōu)勢(shì)：遙感影像覆蓋范圍廣、成本低而且較高的分辨率所以能夠快速獲取
的數(shù)據(jù)。目前高分辨率的比較成熟的商用衛(wèi)星影像比如0.31 m的WorldView-3衛(wèi)星影像等，這種高分率的影像通過幾何糾正，輻射校正能達(dá)到很高的精度。方法弊端：這種方式三維建模存在遮擋問題嚴(yán)重，建筑立面紋理數(shù)據(jù)獲取成本較高，內(nèi)業(yè)貼圖費(fèi)時(shí)費(fèi)力。
傾斜攝影測(cè)量
傾斜攝影技術(shù)是國(guó)際測(cè)繪遙感領(lǐng)域近年發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)。傾斜攝影測(cè)量的技術(shù)是自動(dòng)化的方法構(gòu)建三維模型，很大程度上提高了三維建模的效率。
1.原理
傾斜攝影測(cè)量它是同一臺(tái)無人機(jī)上搭載著五鏡頭相機(jī)從垂直、傾斜等多角度采集影像數(shù)據(jù)、獲取完整準(zhǔn)確的紋理數(shù)據(jù)和定位信息。豐富多彩的影像信息給三維模型帶來更加真實(shí)的視覺效果。傾斜攝影技術(shù)在三維建模的成本上大大節(jié)省了成本。傾斜攝影測(cè)量能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)三維建模技術(shù)的缺陷，提供了高效率，低成本等優(yōu)點(diǎn)。傾斜攝影的五相機(jī)方案中（見圖1-2），一臺(tái)獲取垂直影像，另外四臺(tái)從前后左右4個(gè)方向同時(shí)獲取地物的側(cè)視影像。相機(jī)傾斜角度在40°~60°之間，因此可以較為完整地獲取地物側(cè)面的輪廓和紋理信息。傾斜攝影系統(tǒng)可以搭載在有人飛機(jī)或者無人機(jī)上，可以快速獲取地物三維模型且成像效果好，是大場(chǎng)景三維建模的重要選擇之一。
圖1傾斜攝影測(cè)量相機(jī)
圖2傾斜攝影影像獲取示意圖
傾斜攝影測(cè)量技術(shù)優(yōu)勢(shì)
高分辨率
傾斜攝影平臺(tái)搭載于低空飛行器，可獲取厘米級(jí)高分辨率的垂直和傾斜影像。
獲取豐富的地物紋理信息
傾斜攝影從多個(gè)不同的角度采集影像，能夠獲取地物側(cè)面更加真實(shí)豐富的紋理信息，彌補(bǔ)了正攝影像只能獲取地物頂面紋理的不足。
高效自動(dòng)化的三維模型生產(chǎn)
通過垂直與傾斜影像的全自動(dòng)聯(lián)合空三加密，無需人工干預(yù)，即可全自動(dòng)化紋理映射，并構(gòu)建三維模型。
逼真的三維空間場(chǎng)景
通過影像構(gòu)建的真實(shí)三維場(chǎng)景，不僅擁有準(zhǔn)確地物地理位置坐標(biāo)信息，并且可精細(xì)的表達(dá)地物的細(xì)節(jié)特征，包括突出的屋頂和外墻，以及地形地貌等精細(xì)特征。
傾斜攝影測(cè)量缺點(diǎn)
傾斜攝影技術(shù)采用可見光進(jìn)行測(cè)量，對(duì)天氣要求較高，并且對(duì)密集植被下的地形無能為力，對(duì)細(xì)小物體的建模能力不足。
適用場(chǎng)景
傾斜攝影可以獲取具有真實(shí)紋理的三維數(shù)據(jù)，適合做大范圍三維建模、一些對(duì)精度要求稍低的三維工程測(cè)量應(yīng)用。
圖3某變電站傾斜攝影測(cè)量成果
圖3為變電站出現(xiàn)傾斜攝影測(cè)量成果，從圖上可以看出電力桿塔、導(dǎo)地線，絕緣子，金具等細(xì)小物體的建模效果不佳，桿塔出現(xiàn)扭曲，電力線丟失無法建模。
激光雷達(dá)測(cè)量
1激光雷達(dá)測(cè)量原理
激光雷達(dá)是一種集激光掃描與定位定姿系統(tǒng)于一身的測(cè)量裝備，可以高度準(zhǔn)確地定位激光束打在物體上的光斑。激光雷達(dá)系統(tǒng)包括激光器和一個(gè)接收系統(tǒng)。激光器產(chǎn)生并發(fā)射一束光脈沖，打在物體上并反射回來，最終被接收器所接收。接收器準(zhǔn)確地測(cè)量光脈沖從發(fā)射到被反射回的傳播時(shí)間。鑒于光速是已知的，傳播時(shí)間即可被轉(zhuǎn)換為對(duì)距離的測(cè)量。結(jié)合激光器的高度，激光掃描角度，就可以準(zhǔn)確地計(jì)算出每一個(gè)地面光斑的三維坐標(biāo)X，Y，Z，如圖4所示。
圖4激光雷達(dá)測(cè)量原理示意圖
從近年來在電網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用的情況看，中大型機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)通常會(huì)集成一個(gè)垂直視角的光學(xué)相機(jī)，用于同步獲取地面影像或者給激光點(diǎn)云著色以達(dá)到更好的視覺效果。激光雷達(dá)技術(shù)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外輸電線路應(yīng)用中嶄露頭角，獲得了大家的認(rèn)可。
2激光雷達(dá)分類
根據(jù)載體的不同，激光雷達(dá)技術(shù)主要分地面三維激光掃描技術(shù)和機(jī)載激光雷達(dá)掃描技術(shù)兩大類，顧名思義，地面二維激光掃描系統(tǒng)的空間載體是地面。它將激光掃描儀直接與數(shù)碼相機(jī)、GPS相結(jié)合，對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行掃描成像，獲取激光反射回波數(shù)據(jù)和目標(biāo)表面影像，并在軟件支持下構(gòu)建三維數(shù)字模型和紋理的
貼圖，從而達(dá)到目標(biāo)物快速、有效、
的三維立體建模。
激光雷達(dá)技術(shù)按平臺(tái)分為星載激光雷達(dá)、機(jī)載激光雷達(dá)（包括大飛機(jī)和無人飛機(jī)）和地面激光雷達(dá)。因?yàn)槲覈?guó)目前低空管制問題以及使用的方便性來看，地面激光雷達(dá)更有優(yōu)勢(shì)機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)則是一種高速度、長(zhǎng)距離的航空測(cè)量設(shè)備。
3激光雷達(dá)特點(diǎn)
快速獲取數(shù)字高程模型激光雷達(dá)技術(shù)最主要的數(shù)據(jù)產(chǎn)品是高密度、高精度的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)直接反映點(diǎn)位的三維坐標(biāo)。通過自動(dòng)或人工交互處理，把人射到植被、房屋、建筑物等非地形目標(biāo)上的點(diǎn)云進(jìn)行分類、濾波或去除，然后構(gòu)建不規(guī)則二角網(wǎng)TIN，就可以快速提取DEM。由于激光點(diǎn)密度大，數(shù)目多，使得生產(chǎn)高精度、高分辨率的DEM也成為可能，因此它是解決快速進(jìn)行DEM數(shù)據(jù)采集的最有效方法，其產(chǎn)品精度甚至可以滿足多行業(yè)對(duì)高程的需求。
機(jī)載激光雷達(dá)優(yōu)化技術(shù)提取的地面三維坐標(biāo)，滿足高精度影像微分糾正的需要，使得數(shù)字正攝影像圖（DOM）的生產(chǎn)變得相當(dāng)容易，無需使用數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量昂貴的專業(yè)數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，在一般的遙感圖像處理系統(tǒng)中即能實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。
激光雷達(dá)具有穿透植被的能力，可以測(cè)量植被覆蓋下的地形。同時(shí)，激光雷達(dá)獲取的高精度點(diǎn)云數(shù)據(jù)測(cè)量精度高，適合做高精度地形測(cè)量與工程勘測(cè)、以及對(duì)精度要求很高的工程測(cè)量應(yīng)用。
激光雷達(dá)技術(shù)一次測(cè)量可以獲取高精度的大面積的數(shù)字高程數(shù)據(jù)（DEM），已成為各種三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)重要的三維數(shù)據(jù)來源。是常用于輸變電線路走廊三維建模，但激光雷達(dá)不能獲取被測(cè)物體顏色紋理，如要建三維模型須后期數(shù)碼相機(jī)采集后，內(nèi)業(yè)貼圖，工作量巨大；且激光雷達(dá)設(shè)備價(jià)格較為昂貴。
