傾斜攝影方案書

傾斜攝影方案書北京中電北斗科技有公司傾斜攝影定義傾斜攝影全稱傾斜攝影測量技術(shù)，是國際測繪領(lǐng)域近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，它顛覆了傳統(tǒng)正射影像只能從垂直角度拍攝的局限，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器（通常是五個），同時從一個垂直、四個傾斜等不同角度采集影像，并通過街景工廠的空三加密處理與自動化建模技術(shù)生產(chǎn)實(shí)景三維模型，得到全要素、可量測的三維模型成果。從而克服了傳統(tǒng)航空攝影技術(shù)只能從垂直角度進(jìn)行拍攝的局限性，能更加真實(shí)地反映地面的實(shí)際情況，彌補(bǔ)了正射影像的不足，通過整合POS\DSM及矢量等數(shù)據(jù)，進(jìn)行基于影像的各種三維測量?；谌搜垡曈X適合于觀察傾斜透視像片的特點(diǎn)，傾斜影像測量技術(shù)更適合于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境應(yīng)用。針對傾斜攝影數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，人們進(jìn)行了多方面的研究探討，該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于測繪、國土安全、城市管理等領(lǐng)域。方案設(shè)計(jì)目標(biāo)三維數(shù)據(jù)的高精準(zhǔn)可量測性色彩和形態(tài)的全要素還原產(chǎn)品的多樣性和可延展性建模的高效和相對低成本傾斜攝影技術(shù)特點(diǎn)特點(diǎn)一：反映地物周邊真實(shí)情況相對于正射影像，傾斜影像能讓用戶從多個角度觀察地物，更加真實(shí)的反映地物的實(shí)際情況，極大的彌補(bǔ)了基于正射影像應(yīng)用的不足。特點(diǎn)二：傾斜影像可實(shí)現(xiàn)單張影像量測通過配套軟件的應(yīng)用，可直接基于成果影像進(jìn)行包括高度、長度、面積、角度、坡度等的量測，擴(kuò)展了傾斜攝影技術(shù)在行業(yè)中的應(yīng)用。特點(diǎn)三：建筑物側(cè)面紋理可采集針對各種三維數(shù)字城市應(yīng)用，利用航空攝影大規(guī)模成圖的特點(diǎn)，加上從傾斜影像批量提取及貼紋理的方式，能夠有效的降低城市三維建模成本。特點(diǎn)四：數(shù)據(jù)量小易于網(wǎng)絡(luò)發(fā)布相較于三維GIS技術(shù)應(yīng)用龐大的三維數(shù)據(jù)，應(yīng)用傾斜攝影技術(shù)獲取的影像的數(shù)據(jù)量要小得多，其影像的數(shù)據(jù)格式可采用成熟的技術(shù)快速進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，實(shí)現(xiàn)共享應(yīng)用。行業(yè)應(yīng)用數(shù)字城市、公安應(yīng)急、水利、交通、環(huán)保、航空、旅游、石油、電力、通信、規(guī)劃、國土資源、林業(yè)、軍事國防、房地產(chǎn)等15個行業(yè)。公司簡介北京中電北斗科技有限公司，是一家緊跟國家科技戰(zhàn)略，以“互聯(lián)網(wǎng)+”思路為手段，“智慧城市”建設(shè)為目標(biāo)的具有現(xiàn)代化運(yùn)營理念的IT服務(wù)與解決方案供應(yīng)商。中電北斗融合中國北斗導(dǎo)航應(yīng)用、智慧管廊、地理信息位置服務(wù)、智能設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)、智能安防、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成一體化及服務(wù)外包產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢，主動順應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，有效利用國家發(fā)展政策，依托園區(qū)內(nèi)全球聯(lián)動資源的優(yōu)勢，積極發(fā)揮自身的集聚效應(yīng)和資源優(yōu)勢，憑借成熟、先進(jìn)的軟硬件研發(fā)技術(shù)，積極發(fā)揮平臺作用，助力智慧城市智慧管網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。公司總部坐落于北京中關(guān)村融科資訊大廈，上海、深圳同步設(shè)立分支機(jī)構(gòu)，戰(zhàn)略性構(gòu)建全國營銷及服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。軟硬件研發(fā)基地位于哈爾濱、北京，哈爾濱和濟(jì)南同步設(shè)立實(shí)驗(yàn)室。技術(shù)方案6.1傾斜攝影建模技術(shù)傾斜攝影建模：多角度航拍帶有傾斜角度的影像，通過專業(yè)的建模處理軟件，全自動的生成模型的過程(僅需要傾斜影像)。6.1.1傾斜攝影建模要了解傾斜攝影建模首先得了解傾斜攝影，傾斜攝影（obliqueimage）是指由一定傾斜角的航攝相機(jī)所獲取的影像。傾斜攝影技術(shù)是國際測繪遙感領(lǐng)域近年發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從垂直、傾斜等不同角度采集影像，獲取地面物體更為完整準(zhǔn)確的信息。僅由傾斜模型生成三維模型的過程就是傾斜攝影建模，如圖1所示。圖16.1.2傾斜攝影有以下特點(diǎn)：1）可以獲取多個視點(diǎn)和視角的影像，從而得到更為詳盡的側(cè)面信息。2）具有較高的分辨率和較大視場角。3）同一地物具有多重分辨率的影像。4）傾斜影像地物遮擋現(xiàn)象較突出。傾斜攝影測量技術(shù)一般包含以下處理流程，如圖2所示：圖2傾斜攝影自動化生成的模型本質(zhì)上是mesh模型，自動化軟件一般經(jīng)過幾何校正、聯(lián)合平差等處理流程，可運(yùn)算生成基于真實(shí)影像的超高密度點(diǎn)云，并以此生成基于真實(shí)影像紋理的高分辨率實(shí)景三維模型。點(diǎn)云效果圖，如圖3所示：圖3點(diǎn)云構(gòu)建TIN模型，如圖4、圖5所示：圖4圖5紋理映射構(gòu)建真實(shí)三維模型，如圖6所示：圖66.1.3傾斜攝影建模的優(yōu)勢傾斜攝影獲取多個視角影像，全方位獲取地物信息，相比傳統(tǒng)建模方式更為快捷獲取建筑物的頂部及側(cè)面紋理信息，通過專業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件能夠快速生成三維模型，還原真實(shí)世界。傳統(tǒng)建模與傾斜攝影模型對比，如圖7所示：圖76.2技術(shù)解決方案根據(jù)傾斜模型的特點(diǎn)，中電北斗三維結(jié)合自身的二維GIS優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了傾斜攝影模型二三維一體化GIS解決方案。下面將從傾斜模型加載及實(shí)時渲染和傾斜模型的GIS基礎(chǔ)功能兩個方面具體的展示。6.2.1模型加載系統(tǒng)組件提供新的三維圖層，該圖層可以加載osgb格式的傾斜模型，由于osgb文件較多，我們采用索引文件（*.scp）的方式加載。下面將詳細(xì)的介紹模型的加載及傾斜模型在超圖三維場景中的效果。6.2.2OSGB文件傾斜攝影自動建?？梢陨啥喾N數(shù)據(jù)格式的模型，包括obj、osg（osgb）、dae等通用的兼容格式，超圖支持OSGB格式的傾斜模型文件，它自帶超過20級金字塔級別的模型精度等級，充分利用LOD結(jié)構(gòu)，加載速度快，我們支持任意剖分格式的傾斜建模，包括四叉樹、八叉樹、任意。如圖8所示：圖86.2.3OSGB索引工具為了更方便的加載osgb模型數(shù)據(jù)，我們提供了osgb索引文件生成器，通過簡單的操作即可生成場景緩存加載的*.scp文件（如圖9）。雙擊OSGB索引文件生成器.exe工具，輸入osgb文件夾路徑，按下回車鍵即可生成*.scp文件（如圖10）。圖9圖10該文件包含xml文件頭、傾斜模型插入點(diǎn)位置、每個模型tile的根節(jié)點(diǎn)的相對路徑。手動修改插入點(diǎn)坐標(biāo)（如圖11）：圖11桌面加載傾斜模型數(shù)據(jù)（圖12）圖126.2.4場景展示直接加載OSGB原始文件，實(shí)時渲染幀率達(dá)60幀左右，數(shù)據(jù)承載力強(qiáng)、穩(wěn)定性高。桌面、組件（iObject）及客戶端（iclient）都完美支持傾斜攝影模型數(shù)據(jù)（如圖13、圖14、圖15、圖16）。目前測試最大面積400平方公里傾斜模型數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量300GB，理論上還可以支持更大的傾斜攝影模型數(shù)據(jù)。桌面及組件效果：圖13圖14圖15客戶端效果：圖166.3組件功能傾斜攝影模型GIS基礎(chǔ)功能分為以下部分：6.3.1二三維一體化GIS功能結(jié)合二維GIS優(yōu)勢，我們采用疊加二維矢量面的方式來解決傾斜模型一些基本GIS功能：圖查屬性、屬性查圖、周邊查詢、專題圖制作等。矢量面的高度模式采用新版本提供的依對象(ClampToObject)高度模式。6.3.2壓平傾斜模型為了滿足規(guī)劃等一些行業(yè)的應(yīng)用，壓平傾斜模型即可達(dá)到拆除建筑物的效果，再置換成用戶的規(guī)劃數(shù)據(jù)滿足行業(yè)應(yīng)用。6.3.3傾斜模型參與地表開挖實(shí)現(xiàn)地上地下GIS應(yīng)用，傾斜攝影模型也參與地表開挖。6.3.4地形修改為了解決地形與模型的套合問題，sp2版本及后續(xù)版本提供并完善地形修改功能。地形修改高度模式為修改地形(ModifyTerrain)。6.3.5添加水面傾斜模型水面區(qū)域經(jīng)常有破洞，超圖三維水面符號可以補(bǔ)充，參數(shù)化的水面填充符號可以滿足不同區(qū)域的水體效果。6.3.62.5D地圖生成下面將詳細(xì)介紹每個功能使用方法。圖查屬性實(shí)現(xiàn)傾斜攝影模型的選中高亮并查詢其屬性（如圖17所示）。具體操作方法如下：1）首先準(zhǔn)備與傾斜模型底面匹配的矢量面文件并將其導(dǎo)入SuperMap的UDB文件。2）把矢量面數(shù)據(jù)集添加到場景中，并設(shè)置其圖層的選擇集風(fēng)格（Layer3D.Selection.Style）的高度模式為依對象（ClampToObject）。圖17屬性查圖實(shí)現(xiàn)屬性查圖，也必須有疊加的矢量面圖層，并設(shè)置其圖層的選擇集風(fēng)格為依對象，根據(jù)SQL查詢條件語句（例如：name=”大劇院”），查詢并返回對象SmID添加到選擇集中，如圖18所示：圖18周邊查詢傾斜攝影模型支持周邊查詢，通過疊加的矢量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)buffer查詢，并將查詢結(jié)果id添加到場景中的矢量圖層選擇集中。注：目前只支持二維矢量面buffer查詢，三維面轉(zhuǎn)成二維面即可，如圖19所示：專題圖制作傾斜攝影模型支持各種類型專題圖制作，標(biāo)簽專題圖、單值專題圖、分段專題圖制作。通過矢量數(shù)據(jù)制作各種類型專題圖，并設(shè)置其圖層風(fēng)格高度模式為依模型高度模式（如圖20所示）壓平功能為滿足規(guī)劃等行業(yè)應(yīng)用提供OSGB模型的壓平接口，新增Layer3DOSGBFile（基類Layer3D）該類型提供壓平OSGB模型的接口，通過添加壓平區(qū)域即可實(shí)現(xiàn)OSGB模型“修改”模型的功能，置換用戶規(guī)劃模型數(shù)據(jù)，滿足行業(yè)應(yīng)用。圖21、22、23所示：圖21圖22圖23模型參與地表開挖為了滿足地上地下GIS功能應(yīng)用（地下管網(wǎng)等），傾斜模型參與地表開挖（如圖24、圖25所示）圖24圖25地形修改傾斜模型是數(shù)字地表模型，它本身包含了真實(shí)的地形高度，疊加早期的地形數(shù)據(jù)會出現(xiàn)地形與模型不匹配的問題，7Csp2版本提供新的高度模式<修改地形>來解決這個問題。在cad數(shù)據(jù)集圖層中編輯多邊形區(qū)域，設(shè)置其Style3D高度模式為ModifyTerrain，并設(shè)置其底部高程值，即可修改區(qū)域內(nèi)地形，地形修改可以參照如下代碼實(shí)現(xiàn)，如圖26、圖27所示：圖26圖27添加水面水面可以參照如下代碼實(shí)現(xiàn)，在cad數(shù)據(jù)集圖層中編輯添加面對象，并設(shè)置其風(fēng)格為水面風(fēng)格（如圖30所示）。圖282.5D地圖數(shù)據(jù)生成三維需要在三維場景中顯示，對顯卡等有一定的要求，而且數(shù)據(jù)量非常大，為滿足不同用戶的需求，超圖三維場景提供生成2.5維地圖功能，這樣在地圖控件中就可以看到三維場景中的效果，傳統(tǒng)模型及傾斜攝影模型都支持該功能。設(shè)置出圖范圍及場景的俯仰角（tilt）和方位角（heading）即可生成用戶指定SuperMapiObject.NET技術(shù)文檔角度的2.5維地圖（如圖29、圖30、圖31所示）。三維場景效果圖292.5維地圖效果圖30維地圖發(fā)布REST地圖服務(wù)，在二維客戶端展示效果圖31七、方案實(shí)現(xiàn)流程介紹7.1實(shí)現(xiàn)方式

傾斜攝影技術(shù)是國際測繪遙感領(lǐng)域近年發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器（如圖32所示，目前常用的是五鏡頭相機(jī)），同時從垂直、傾斜等不同角度采集影像，獲取地面物體更為完整準(zhǔn)確的信息。垂直地面角度拍攝獲取的影像稱為正片（一組影像），鏡頭朝向與地面成一定夾角拍攝獲取的影像稱為斜片（四組影像）。

圖32

五鏡頭相機(jī)

圖33

一組影像獲取示意圖

圖34

連續(xù)幾組影像獲取示意圖

正拍影像

傾斜影像

圖35

正拍影像與傾斜影像對比圖

圖36

同一地物四個側(cè)面傾斜影像7.2傾斜攝影建模技術(shù)有哪些工作流程？

傾斜影像采集

傾斜攝影技術(shù)不僅在攝影方式上區(qū)別于傳統(tǒng)的垂直航空攝影，其后期數(shù)據(jù)處理及成果也大不相同。傾斜攝影技術(shù)的主要目的是獲取地物多個方位（尤其是側(cè)面）的信息并可供用戶多角度瀏覽，實(shí)時量測，三維瀏覽等獲取多方面的信息。

傾斜攝影系統(tǒng)構(gòu)成

傾斜攝影系統(tǒng)分為三大部分：

第一部分為飛行平臺，小型飛機(jī)或者無人機(jī)；

第二部分為人員，機(jī)組成員和專業(yè)航飛人員或者地面指揮人員（無人機(jī)）；

第三部分為儀器部分，傳感器（多頭相機(jī)、GPS定位裝置獲取曝光瞬間的三個線元素x，y，z）和姿態(tài)定位系統(tǒng)（記錄相機(jī)曝光瞬間的姿態(tài)，三個角元素φ、ω、κ）。

傾斜攝影航線設(shè)計(jì)及相機(jī)的工作原理

傾斜攝影的航線設(shè)計(jì)采用專用航線設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，其相對航高、地面分辨率及物理像元尺寸滿足三角比例關(guān)系。航線設(shè)計(jì)一般采取30%的旁向重疊度，66%的航向重疊度，目前要生產(chǎn)自動化模型，旁向重疊度需要到達(dá)66%，航向重疊度也需要達(dá)到66%。航線設(shè)計(jì)軟件生成一個飛行計(jì)劃文件，該文件包含飛機(jī)的航線坐標(biāo)及各個相機(jī)的曝光點(diǎn)坐標(biāo)位置。實(shí)際飛行中，各個相機(jī)根據(jù)對應(yīng)的曝光點(diǎn)坐標(biāo)自動進(jìn)行曝光拍攝。

傾斜影像加工

數(shù)據(jù)獲取完成后，首先要對獲取的影像進(jìn)行質(zhì)量檢查，對不合格的區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)飛，直到獲取的影像質(zhì)量滿足要求；

其次進(jìn)行勻光勻色處理，在飛行過程中存在時間和空間上的差異，影像之間會存在色偏，這就需要進(jìn)行勻光勻色處理；

再次進(jìn)行幾何校正、同名點(diǎn)匹配、區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差，最后將平差后的數(shù)據(jù)（三個坐標(biāo)信息及三個方向角信息）賦予每張傾斜影像，使得他們具有在虛擬三維空間中的位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)，至此傾斜影像即可進(jìn)行實(shí)時量測，每張斜片上的每個像素對應(yīng)真實(shí)的地理坐標(biāo)位置。傾斜攝影數(shù)據(jù)加工的關(guān)鍵技術(shù)：

多視影像聯(lián)合平差

多視影像不僅包含垂直攝影數(shù)據(jù)，還包括傾斜攝影數(shù)據(jù)，而部分傳統(tǒng)空中三角測量系統(tǒng)無法較好地處理傾斜攝影數(shù)據(jù)，因此，多視影像聯(lián)合平差需充分考慮影像間的幾何變形和遮擋關(guān)系。結(jié)合POS系統(tǒng)提供的多視影像外方位元素，采取由粗到精的金字塔匹配策略在每級影像上進(jìn)行同名點(diǎn)自動匹配和自由網(wǎng)光束法平差，得到較好的同名點(diǎn)匹配結(jié)果。同時建立連接點(diǎn)和連接線、控制點(diǎn)坐標(biāo)、GPS/IMU輔助數(shù)據(jù)的多視影像自檢校區(qū)域網(wǎng)平差的誤差方程，通過聯(lián)合解算，確保平差結(jié)果的精度。

多視影像密集匹配

影像匹配是攝影測量的基本問題之一，多視影像具有覆蓋范圍大、分辨率高等特點(diǎn)。因此如何在匹配過程中充分考慮冗余信息，快速準(zhǔn)確獲取多視影像上的同名點(diǎn)坐標(biāo)，進(jìn)而獲取地物的三維信息是多視影像匹配的關(guān)鍵。

由于單獨(dú)使用一種匹配基元或匹配策略往往難以獲取建模需要的同名點(diǎn)，因此近年來隨著計(jì)算機(jī)視覺發(fā)展起來的多基元、多視影像匹配逐漸成為人們研究的焦點(diǎn)。目前在該領(lǐng)域的研究已取得很大進(jìn)展，例如建筑物側(cè)面的自動識別與提取。通過搜索多視影像上的特征如建筑物邊緣、墻面邊緣和紋理來確定建筑物的二維矢量數(shù)據(jù)集影像上不同視角的二維特征可以轉(zhuǎn)化為三維特征，在確定墻面時，可以設(shè)置若干影響因子并給予一定的權(quán)值，將墻面分為不同的類，將建筑的各個墻面進(jìn)行平面掃描和分割，獲取建筑物的側(cè)面結(jié)構(gòu)，再通過對側(cè)面進(jìn)行重構(gòu)，提取出建筑物屋頂?shù)母叨群洼喞?/p>

數(shù)字表面模型生產(chǎn)

多視影像密集匹配能得到高精度高分辨率的數(shù)字表面模型(DSM)，充分表達(dá)地形地物起伏特征，已經(jīng)成為新一代空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的重要內(nèi)容。由于多角度傾斜影像之間的尺度差異較大，加上較嚴(yán)重的遮擋和陰影等問題，基于傾斜影像的DSM自動獲取存在新的難點(diǎn)。

可以首先根據(jù)自動空三解算出來的各影像外方位元素，分析與選擇合適的影像匹配單元進(jìn)行特征匹配和逐像素級的密集匹配，并引入并行算法，提高計(jì)算效率。在獲取高密度DSM數(shù)據(jù)后，進(jìn)行濾波處理，并將不同匹配單元進(jìn)行融合，形成統(tǒng)一的DSM。

真正射影像糾正

多視影像真正射糾正涉及物方連續(xù)的數(shù)字高程模型(DEM)和大量離散分布粒度差異很大的地物對象，以及海量的像方多角度影像，具有典型的數(shù)據(jù)密集和計(jì)算密集特點(diǎn)。因此多視影像的真正射糾正，可分為物方和像方同時進(jìn)行。在有DSM的基礎(chǔ)上根據(jù)物方連續(xù)地形和離散地物對象的幾何特征，通過輪廓提取、面片擬合、屋頂重建等方法提取物方語義信息，同時在多視影像上通過影像分割、邊緣提取、紋理聚類等方法獲取像方語義信息，再根據(jù)聯(lián)合平差和密集匹配的結(jié)果建立物方和像方的同名點(diǎn)對應(yīng)關(guān)系，繼而建立全局優(yōu)化采樣策略和顧及幾何輻射特性的聯(lián)合糾正，同時進(jìn)行整體勻光處理，實(shí)現(xiàn)多視影像的真正射糾正。

八、

傾斜攝影應(yīng)用

一幅圖像勝過千言萬語，惟有直觀立體的方式才能做到賦予領(lǐng)導(dǎo)者敏銳的洞察力。相對于二維地圖，在智慧城市的管理體系中，傾斜攝影模型能讓用戶從多個角度觀察地物，更加真實(shí)地反映地物的實(shí)際情況，彌補(bǔ)基于二維地圖及傳統(tǒng)虛擬三維模型應(yīng)用的不足。傾斜攝影高效加載海量傾斜模型數(shù)據(jù)，流場的三維體驗(yàn)滿足了旅游、景區(qū)等行業(yè)應(yīng)用；輕松實(shí)單體化操作與表達(dá)，為房產(chǎn)、國土、城管、智慧城市等行業(yè)應(yīng)用提供了基礎(chǔ)平臺；實(shí)用的壓平操作，模擬建筑物拆除，滿足規(guī)劃行業(yè)應(yīng)用；還可以進(jìn)行包括高度、長度、面積、角度、坡度等的量測，應(yīng)用于水利、能源開采等管理系統(tǒng)；同時軟件提供了基于GPU的三維空間分析功能，結(jié)合傾斜攝影模型的高精度，分析出供決策者參考的準(zhǔn)確數(shù)值指標(biāo)；在三維場景中能看到房屋側(cè)面的緊急出口，傾斜模型上任意點(diǎn)之間可以進(jìn)行準(zhǔn)確量算，比如計(jì)算通視距離、設(shè)計(jì)制高點(diǎn)和狙擊方案等，這些事發(fā)地周圍的詳細(xì)信息，在應(yīng)急行動中關(guān)乎人員及財(cái)產(chǎn)的安全，有時甚至能起到?jīng)Q定性作用。

美國“9·11”恐怖襲擊發(fā)生后，美國軍方立刻使用傾斜攝影測量技術(shù)獲取了五角大樓影像，迅速了解現(xiàn)場情況，并制定了最合理的執(zhí)行方案。目前，該技術(shù)已經(jīng)在美國警方普及應(yīng)用，幫助后方指揮人員掌握最細(xì)致的案發(fā)地情況，以便發(fā)出合理的指令。這樣不僅提高了執(zhí)行效率，而且提高了警務(wù)人員的安全性，取得了良好的效果。

．傾斜攝影建模技術(shù)有