当BIM遇上GIS-无人机倾斜摄影三维建模(ContextCapture) 建设智慧城市方法详解

引子

近年来,各地的智慧城市建设正如火如荼地展开,城市三维数字模型逐渐成为构建智慧城市的重要基石,地理信息系统作为城市建设的基础内容,也越来越受到重视。

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对城市开发区进行倾斜摄影航测作业,利用航测数据建立三维GIS模型助力城市开发区智慧互联平台建设。倾斜摄影三维建模可以包括对项目范围内20余平方公里的航测数据采集和后处理本文将对无人机倾斜航测技术及数据处理进行介绍。

 

一 倾斜航测基本原理

 

倾斜摄影是近年来航测领域逐渐发展起来的新技术,相对于传统航测采集的垂直摄影数据,通过新增多个不同角度镜头,获取具有一定倾斜角度的倾斜影像。应用倾斜摄影技术,可同时获得同一位置多个不同角度的、具有高分辨率的影像,采集丰富的地物侧面纹理及位置信息。基于详尽的航测数据,进行影像预处理、区域联合平差、多视影响匹配等一系列操作,批量建立高质量、高精度的三维GIS模型。

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多角度影像数据采集

 

二 航测数据采集及处理

 

1、航测范围确定

航线规划软件(地面站)的地图数据来源于Google Earth,规划航线之前,在Google Earth中确定项目航测范围,了解航测地貌,进行合理的飞行架次划分,优化航拍方案,提升作业效率

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2、航线规划及参数设定

倾斜航测的飞行参数包括高度、速度、拍摄间隔、航向间距、旁向间距等,不同的参数设置对航测的精度、效率等产生影响。航测作业前,综合考虑飞控距离、电池消耗、地形地貌、建筑物分布、测量精度等因素,使用地面站软件进行航线规划和参数设定,飞行高度、地面分辨率及物理像元尺寸满足三角比例关系。

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规划航线及参数


3、无人机航测作业

地面站设置及无人机组装完成后,即可开始航测作业。无人机将依据指定的航线及参数设置,自动完成航拍任务,操作人员观察无人机位置及地面站实时飞行参数即可,每天可完成2-3平方公里的航测任务

3.1航测作业

倾斜航测采集的数据包括各拍摄点的多角度影像信息和对应的pos数据。影像信息由五镜头相机获取,无人机搭载相机以恒定速度对地面进行等距拍照,采集到具有70%重叠率的相片pos数据由飞控系统在相机拍照时生成,与相片一一对应,赋予相片丰富的信息,包括经纬度、高度、海拔、飞行方向、飞行姿态等。

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多角度影像及pos数据

3.2航测数据后处理

采用ContextCapture完成本次航测的后期GIS数据处理。ContextCapture基于影像自动化进行三维模型构建的并行软件系统,软件建模对象为静态物体,辅以相机传感器属性、照片位置姿态参数、控制点等信息,在进行空中三角测量计算、模型重建计算后,输出相应GIS成果,以供浏览或后期加工。常见的输出格式包括OSGBOBJS3C3MX等。

1pos数据整合

飞控系统生成的pos数据包含后处理所不需要的信息,且格式也不符合后处理软件的使用要求,不能直接用于后期数据处理工作。原始pos数据进行筛选、分类处理后,才能用于后处理软件。

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2、空间三角测量计算

在空中三角测量运算过程中,信息面板上会显示空三丢失照片的数量。如果丢失照片过多,您可以取消掉此次空三运算,删除这个空三区块,选择不同的设置重新执行空中三角测量。

如果输入照片的重叠率不够或者某些设置不正确(比如相方坐标系等),那么空中三角测量操作也有可能失败。

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空三计算

空三过程会生成粗略的3D视图。

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初始3D视图

3、三维重建计算

由于拍摄范围大,影像数据多,完成重建所需的计算机内存往往达到上百G,普通计算机无法一次性完成重建计算,应根据计算机性能重建框架,调整重建范围及瓦片大小,将原框架分为若干个大小相同的数据切块,分块进行重建计算

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三维空间重构


4、数据集群处理

集群处理可按如下操作进行:搭建局域网,将一台计算机作为服务器,局域网内其他计算机作为节点连接至服务器组成群组,任务提交后,服务器统一分配子任务至各节点。节点完成子任务后,将处理结果返回至服务器,并接受新的子任务直至任务完成。

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相对与单机进行数据处理,集群处理有更高的可靠性和容错率,当群组中一个节点计算机出现故障,原本分配至此节点的子任务将自动分配至其他节点进行计算;同时集群处理也能降低成本,庞大的GIS数据量,对于单机的储存空间和数据处理速度都提出极大考验,将普通的计算机进行集群则可有效降低硬件成本,发挥与高性能计算机相当的运算能力

附一Ultralab极速集群系统设备汇总

NO

货物名称

型号

数量

1

计算节点

6核5.0Ghz/64GB DDR4 2666 /GTX1080 8GB /500GB SSD工作站级/4U机架式/无显示器

8

2

存储节点

6核5.0Ghz/64GB DDR4 2666 RECC/GTX1070 8GB/512GB闪电二代+70TB单通道并行存储/机架式(1200w)/双口万兆/32″4K图显

1

3

网络设备

16口万兆交换机

1

4

机柜

42U服务器机柜(含PDU机柜插座)

1

5

KVM

8口 HDMI KVM切换器

1

 

附二Ultralab极速集群系统计算节点技术规格表

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NO

主要项

技术规格

1

CPU

intel 第8代高频处理器

6核5.0GHz,三级缓存12MB

*全速计算温度低于75度

2

芯片组

intel X299+PCH

3

内存

64GB DDR4 2666

DIMM数量:4个

最大容量:64GB

4

显卡

Nvidia GTX1080Ti 8GB

5

系统盘

500GB/256GB SSD 企业级,

*读写带宽(峰值)500MGB/s

 

数据盘

 

6

光驱

 

7

平台

型号UltraLAB S126TS32P7S

机箱:4U机架式

电源:650w,服务器级

硬盘位:1个3.5寸+3个5.25寸

网口: 标配1个Intel千兆口,可选万兆

8

输入设备

可选

9

输出设备

可选

10

配套配件

静音系统、整机加速装置(自动超频、低延迟加速)、
存储扩展、和显示扩展等其他配件

11

操作系统

支持Windows 7/8/10,Windows Server 2008/2012/2016

支持Linux全系列

12

噪音控制

*全核运算状态下,机器噪音控制在45分贝以内;

达到办公环境的静音要求

 

附三Ultralab极速集群系统存储节点技术规格表

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NO

主要项

技术规格

1

CPU

intel 第7代至尊处理器

6核5.0GHz

*全速计算温度低于75度

2

芯片组

intel X299+PCH

3

内存

64GB DDR4 2666 RECC

DIMM数量:4个

最大容量:64GB

4

显卡

支持Nvidia GTX全系列

5

系统盘

512GB/256GB PCIe-SSD 企业级,

*读写带宽(峰值)3.5GB/s、1.4GB/s

 

数据盘

42TB,

并行存储组成:8个6TB SATA企业级,RAID5,1GB缓存

读写带宽:1.5GB/s

6

光驱

DVD刻录

7

平台

型号UltraLAB G14GDT43PCS

机箱:塔式、机架式两用

电源:1200w,白金

硬盘位:8个3.5寸热插拔+3个5.25寸

网口:2个万兆以太

8

输入设备

104键盘,1000DPI光电鼠标

9

输出设备

32寸

分辨率2560*1440,IPS液晶屏,可升降转向

10

配套配件

静音系统、整机加速装置(自动超频、低延迟加速)、
存储扩展、和显示扩展等其他配件

11

操作系统

支持Windows7/8/10个人版

支持Windows Server 2008/2012/2016企业版

支持 Linux 全系列(Redhat、Ubuntu、Centos等)

支持虚拟、私有云、共享图形服务系统

12

噪音控制

*全核运算状态下,机器噪音控制在45分贝以内;

达到办公环境的静音要求

 

5、模型精修及单体化处理

基于ContextCapture建立的三维GIS模型,存在由于错误的影像匹配或者较差的几何姿态造成建筑变形(纹理拉花、结构扭曲、破面缺面等)、悬浮物、丢失部件等情况。通过单体化软件对模型进行精修重建,使地物要素完整,从而达到后期三维GIS应用。智慧互联平台需实现对片区内的部分建筑进行单独的选中、赋予属性、查询属性、数据管理等操作,因此需对倾斜模型进行单体化处理。我们通过利用建筑物、道路、树木等对应的矢量面,对倾斜摄影模型进行切割,把连续的三角面片网从物理上分割开,从而实现单体化

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精修及单体化步骤:三维重建模型补充影像采集局部分离编辑精细化修编重建更新合并。

 

使用倾斜航测技术可在短时间内建立大规模的城市三维GIS模型,实现城市空间全方位、高精度的可视化表达。Ultralab极速集群系统助力智慧城市建设。

 

 

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    原文作者:於無聲處聽驚雷
    原文地址: https://blog.csdn.net/Su_wenfeng/article/details/79927138
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