近幾年，國內(nèi)的智慧城市建設(shè)慢慢火熱，城市三維數(shù)字模型（BIM模型）逐漸成為構(gòu)建智慧城市的重要基石，地理信息系統(tǒng)作為城市建設(shè)的基礎(chǔ)內(nèi)容，也越來越受到重視。

GIS模型展示及測量應(yīng)用

2017年5月，湖南建工BIM中心工程師攜八旋翼多鏡頭無人機(jī)，赴郴州經(jīng)開區(qū)進(jìn)行傾斜攝影航測作業(yè)，利用航測數(shù)據(jù)建立三維GIS模型，助力郴州經(jīng)開區(qū)智慧互聯(lián)平臺建設(shè)。此次傾斜攝影三維建模包括對項目范圍內(nèi)20余平方公里的航測數(shù)據(jù)采集和后處理，目前，建模工作已完成，本文將對無人機(jī)傾斜航測技術(shù)及數(shù)據(jù)處理進(jìn)行介紹。

傾斜航測基本原理

傾斜攝影是近年來航測領(lǐng)域逐漸發(fā)展起來的新技術(shù)，相對于傳統(tǒng)航測采集的垂直攝影數(shù)據(jù)，通過新增多個不同角度鏡頭，獲取具有一定傾斜角度的傾斜影像。應(yīng)用傾斜攝影技術(shù)，可同時獲得同一位置多個不同角度的、具有高分辨率的影像，采集豐富的地物側(cè)面紋理及位置信息?；谠敱M的航測數(shù)據(jù)，進(jìn)行影像預(yù)處理、區(qū)域聯(lián)合平差、多視影響匹配等一系列操作，批量建立高質(zhì)量、高精度的三維GIS模型。

多角度影像數(shù)據(jù)采集

航測數(shù)據(jù)采集及處理

1、航測范圍確定

航線規(guī)劃軟件（地面站）的地圖數(shù)據(jù)來源于Google Earth，規(guī)劃航線之前，在Google Earth中確定項目航測范圍，了解航測地貌，進(jìn)行合理的飛行架次劃分，優(yōu)化航拍方案，提升作業(yè)效率。

2、航線規(guī)劃及參數(shù)設(shè)定

傾斜航測的飛行參數(shù)包括高度、速度、拍攝間隔、航向間距、旁向間距等，不同的參數(shù)設(shè)置對航測的精度、效率等產(chǎn)生影響。航測作業(yè)前，綜合考慮飛控距離、電池消耗、地形地貌、建筑物分布、測量精度等因素，使用地面站軟件進(jìn)行航線規(guī)劃和參數(shù)設(shè)定，飛行高度、地面分辨率及物理像元尺寸滿足三角比例關(guān)系。

3、無人機(jī)航測作業(yè)

地面站設(shè)置及無人機(jī)組裝完成后，即可開始航測作業(yè)。無人機(jī)將依據(jù)指定的航線及參數(shù)設(shè)置，自動完成航拍任務(wù)，操作人員觀察無人機(jī)位置及地面站實時飛行參數(shù)即可，每天可完成2-3平方公里的航測任務(wù)。

航測作業(yè)

傾斜航測采集的數(shù)據(jù)包括各拍攝點的多角度影像信息和對應(yīng)的pos數(shù)據(jù)。影像信息由五鏡頭相機(jī)獲取，無人機(jī)搭載相機(jī)以恒定速度對地面進(jìn)行等距拍照，采集到具有70%重疊率的相片；pos數(shù)據(jù)由飛控系統(tǒng)在相機(jī)拍照時生成，與相片一一對應(yīng)，賦予相片豐富的信息，包括經(jīng)緯度、高度、海拔、飛行方向、飛行姿態(tài)等。

多角度影像及pos數(shù)據(jù)

實景建模BIM軟件-航測數(shù)據(jù)后處理

采用ContextCapture完成本次航測的后期GIS數(shù)據(jù)處理。ContextCapture是基于影像自動化進(jìn)行三維模型構(gòu)建的并行軟件系統(tǒng)，軟件建模對象為靜態(tài)物體，輔以相機(jī)傳感器屬性、照片位置姿態(tài)參數(shù)、控制點等信息，在進(jìn)行空中三角測量計算、模型重建計算后，輸出相應(yīng)GIS成果，以供瀏覽或后期加工。常見的輸出格式包括OSGB、OBJ、S3C、3MX等。

1、pos數(shù)據(jù)整合

飛控系統(tǒng)生成的pos數(shù)據(jù)包含后處理所不需要的信息，且格式也不符合后處理軟件的使用要求，不能直接用于后期數(shù)據(jù)處理工作。原始pos數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、分類處理后，才能用于后處理軟件。

2、空間三角測量計算

在空中三角測量運算過程中，信息面板上會顯示空三丟失照片的數(shù)量。如果丟失照片過多，您可以取消掉此次空三運算，刪除這個空三區(qū)塊，選擇不同的設(shè)置重新執(zhí)行空中三角測量。

如果輸入照片的重疊率不夠或者某些設(shè)置不正確（比如相方坐標(biāo)系等），那么空中三角測量操作也有可能失敗。

空三計算

空三過程會生成粗略的3D視圖。

3、三維重建計算

由于拍攝范圍大，影像數(shù)據(jù)多，完成重建所需的計算機(jī)內(nèi)存往往達(dá)到上百G，普通計算機(jī)無法一次性完成重建計算，應(yīng)根據(jù)計算機(jī)性能重建框架，調(diào)整重建范圍及瓦片大小，將原框架分為若干個大小相同的數(shù)據(jù)切塊，分塊進(jìn)行重建計算。

4、數(shù)據(jù)集群處理

集群處理可按如下操作進(jìn)行：搭建局域網(wǎng)，將一臺計算機(jī)作為服務(wù)器，局域網(wǎng)內(nèi)其他計算機(jī)作為節(jié)點連接至服務(wù)器組成群組，任務(wù)提交后，服務(wù)器統(tǒng)一分配子任務(wù)至各節(jié)點。節(jié)點完成子任務(wù)后，將處理結(jié)果返回至服務(wù)器，并接受新的子任務(wù)直至任務(wù)完成。

相對與單機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，集群處理有更高的可靠性和容錯率，當(dāng)群組中一個節(jié)點計算機(jī)出現(xiàn)故障，原本分配至此節(jié)點的子任務(wù)將自動分配至其他節(jié)點進(jìn)行計算；同時集群處理也能降低成本，龐大的GIS數(shù)據(jù)量，對于單機(jī)的儲存空間和數(shù)據(jù)處理速度都提出極大考驗，將普通的計算機(jī)進(jìn)行集群則可有效降低硬件成本，發(fā)揮與高性能計算機(jī)相當(dāng)?shù)倪\算能力。

5、模型精修及單體化處理

基于ContextCapture建立的三維GIS模型，存在由于錯誤的影像匹配或者較差的幾何姿態(tài)造成建筑變形（紋理拉花、結(jié)構(gòu)扭曲、破面缺面等）、懸浮物、丟失部件等情況。通過單體化軟件對模型進(jìn)行精修重建，使地物要素完整，從而達(dá)到后期三維GIS應(yīng)用。智慧互聯(lián)平臺需實現(xiàn)對片區(qū)內(nèi)的部分建筑進(jìn)行單獨的選中、賦予屬性、查詢屬性、數(shù)據(jù)管理等操作，因此需對傾斜模型進(jìn)行單體化處理。我們通過利用建筑物、道路、樹木等對應(yīng)的矢量面，對傾斜攝影模型進(jìn)行切割，把連續(xù)的三角面片網(wǎng)從物理上分割開，從而實現(xiàn)單體化。

精修及單體化步驟：三維重建模型→補(bǔ)充影像采集→局部分離編輯→精細(xì)化修編重建→更新合并。

使用傾斜航測技術(shù)可在短時間內(nèi)建立大規(guī)模的城市三維GIS模型，實現(xiàn)城市空間全方位、高精度的可視化表達(dá)。

本次無人機(jī)傾斜攝影三維建模，旨在推進(jìn)湖南建工集團(tuán)BIM中心在BIM+GIS領(lǐng)域的深度應(yīng)用，有效地整合建筑信息和地理空間信息，構(gòu)建出最重要最核心的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。

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