通(tōng)用(yòng)的(de)占位符縮略圖

衛星遙感行業 /

衛星影(yǐng)像實景三維建模技術解決方案

一、業務需求

      近年來,高(gāo)分(fēn)辨率衛星獲得(de)了(le)較快(kuài)的(de)發展,其獲取的(de)圖像經過輻射校正後達到了(le)相當高(gāo)的(de)精度,結合衛星變軌或相機側擺等方式,同一地域的(de)重訪周期大(dà)大(dà)縮短,非常有利于對目标場景的(de)三維精細化(huà)建模,并使利用(yòng)高(gāo)分(fēn)辨率衛星影(yǐng)像制作三維地形及建築物(wù)建模成爲可(kě)能。便于對全球範圍内地形地貌、地理(lǐ)環境和(hé)相關自然與人(rén)文現象等信息進行采集、處理(lǐ)與應用(yòng)。高(gāo)分(fēn)辨率衛星數據有了(le)更多(duō)地使用(yòng)價值和(hé)空間。得(de)益于高(gāo)分(fēn)辨率衛星數據源的(de)日益豐富,以及多(duō)源遙感衛星影(yǐng)像處理(lǐ)能力的(de)不斷增強,三維模型生産方面有著(zhe)廣闊的(de)前景。

      通(tōng)過利用(yòng)快(kuài)速影(yǐng)像匹配技術,生成DOM自動或者半自動人(rén)工地物(wù)的(de)采集的(de)方式獲取影(yǐng)像的(de)建築物(wù)表面紋理(lǐ)。最後實現基于衛星影(yǐng)像的(de)三維建模。這種模式可(kě)以爲無法或很難獲取航飛數據的(de)區域提供三維建模方案。

二、方案描述

      利用(yòng)高(gāo)分(fēn)辨率光(guāng)學衛星影(yǐng)像進行重點目标及建築物(wù)精細化(huà)三維建模的(de)方法。以國内外主流高(gāo)分(fēn)辨率光(guāng)學衛星影(yǐng)像數據爲主要數據源,以DEM/ DOM、控制點數據等已有數據庫爲控制通(tōng)過平差得(de)到影(yǐng)像位置,自動提取三維點雲,利用(yòng)算(suàn)法從點雲提取三角面網格制作感興趣區域粗略高(gāo)程模型,聯系區域對象的(de)平坦程度,對三角網進行平整、簡化(huà),進行紋理(lǐ)化(huà)。通(tōng)過此方法得(de)到的(de)衛星三維模型紋理(lǐ)對應性精度更有保證,紋理(lǐ)均爲原始影(yǐng)像上計算(suàn)獲得(de),與其他(tā)地理(lǐ)信息數據信息或屬性數據可(kě)以更好的(de)疊加,使得(de)多(duō)源數據發揮一加一大(dà)于二的(de)效能。與InSAR等數據及矢量數據疊加便于一步實現平面/高(gāo)程與趨勢屬性數據的(de)拟合,便于更真實的(de)呈現模拟效果,更好的(de)服務與相關行業。

三、服務模式
  • 常規模式

      常規拍(pāi)攝過程中采用(yòng)計劃編程下(xià)單模式,提供的(de)衛星數據須經過輻射校正和(hé)系統幾何校正,分(fēn)辨率滿足優于1米,應包括全色波段、藍波段、綠波段、紅波段與近紅外波段等多(duō)光(guāng)譜信息。對提供的(de)原始影(yǐng)像數據,實時雲量判讀,準确性達到98%及以上,提供統計報表。後期影(yǐng)像拼接色彩調整服務,影(yǐng)像在大(dà)範圍顔色和(hé)色調顯示基本一緻,圖像色相及亮度調整後,相鄰幅重疊區域,亮度相差低于10%,合理(lǐ)地選擇鑲嵌線,并進行羽化(huà)處理(lǐ),鑲嵌後達到相鄰影(yǐng)像色調基本一緻。原始影(yǐng)像質量整體精度一緻、色調均勻、紋理(lǐ)清晰、反差适中、色彩自然過渡、水(shuǐ)利要素突出。

      常規模式下(xià)三維實景建模系統采用(yòng)全自動+人(rén)工幹預的(de)三維實景處理(lǐ)流程,利用(yòng)集群優勢結合系統編輯作業模式對三維模型及單體化(huà)進行快(kuài)速生産和(hé)必要編輯,生産出滿足精度要求的(de)标準三維産品。

  • 應急模式

      由于每顆衛星的(de)數據獲取能力和(hé)特點的(de)不同,包括衛星搭載的(de)傳感器類型、側視能力、成像模式、分(fēn)辨率、觀測波譜、有效地面視場、重訪周期等的(de)差異,使得(de)用(yòng)戶迫切需要一套能夠分(fēn)析在一定時間周期内,實現對感興趣區域的(de)多(duō)星、多(duō)傳感器、多(duō)成像模式的(de)聯合成像解決方案,包括時效性及覆蓋能力的(de)分(fēn)析等實際應用(yòng)需求。這種聯合成像解決方案不但能夠在航天器的(de)研發過程中,爲有效載荷、單星及星座平台的(de)研發作論證支撐;特别是當地震、洪水(shuǐ)等重大(dà)自然災害發生時,這種聯合成像解決方案将更能夠滿足災害快(kuài)速響應的(de)需要,充分(fēn)發揮遙感技術在科學救災減災中的(de)重大(dà)作用(yòng)。

      同時在處理(lǐ)過程中三維實景處理(lǐ)系統采用(yòng)全自動三維實景處理(lǐ)流程,利用(yòng)集群優勢完成從空三加密、影(yǐng)像匹配到三維模型制作的(de)全過程,快(kuài)速響應應急生産需求。

四、方案組成
  • 數據采集

      爲确保模型質量(包含模型的(de)結構完整度和(hé)紋理(lǐ)提取等),采用(yòng)的(de)數據需是亞米級分(fēn)辨率傳感器且從不同角度拍(pāi)攝的(de)影(yǐng)像。

  • 數據處理(lǐ)系統

     1.基于Windows操作系統、基于圖形用(yòng)戶界面,進行數據輸入輸出和(hé)整個處理(lǐ)流程管理(lǐ), 任務管理(lǐ)至少包括創建任務、提交任務、任務處理(lǐ)進度監控、處理(lǐ)結果可(kě)視化(huà)等;

     2.軟件計算(suàn)過程無需人(rén)工幹預,所輸出的(de)三維格網模型能夠準确、精細地複原出建模主體的(de)真實細節構成,能輸出高(gāo)分(fēn)辨率的(de)帶有真實紋理(lǐ)的(de)三角網格模型;

     3.軟件能良好支持衛星遙感的(de)數據處理(lǐ),支持無GPS,完整/非完整GPS軌迹數據,及完整GPS/姿态角數據,地面控制點數據等結合處理(lǐ);

     4.支持人(rén)工修飾模型,并将人(rén)工修飾後的(de)模型進行紋理(lǐ)自動映射;

     5.任務序列管理(lǐ)與監控(支持任務序列調度管理(lǐ),支持任務處理(lǐ)進度實時監控);

     6.軟件支持主從式分(fēn)布式運算(suàn),軟件在進行空三和(hé)建模運算(suàn)過程中不會影(yǐng)響和(hé)中斷軟件主界面的(de)功能和(hé)操作。

五、方案特點

     1.遙感影(yǐng)像覆蓋範圍廣、成本低而且較高(gāo)的(de)分(fēn)辨率所以能夠快(kuài)速獲取精确的(de)數據。

     2.具有高(gāo)度自動化(huà)的(de)流程:模塊通(tōng)過平差得(de)到影(yǐng)像位置,實現提取三維點雲、三角面網格提取及紋理(lǐ)化(huà)的(de)自動處理(lǐ)。

     3.高(gāo)效率:1周-4周左右/一個城(chéng)市或者400km²(20公裏*20公裏)。

     4.數據處理(lǐ)對地面控制點依賴性低。僅需要極少的(de)地面控制點就可(kě)滿足低分(fēn)辨率實景三維模型的(de)生産需求。

     5.高(gāo)精度:平差可(kě)調可(kě)控保證模型提取的(de)幾何基礎;模型相對精度約爲5個像素,模型整體質量與獲取的(de)多(duō)角度影(yǐng)像相關,絕對精度與傳感器提供的(de)初始精度相關;利用(yòng)控制點達到1.5-2m CE90 (即影(yǐng)像中90%以上兩點之間測得(de)的(de)結果與實測值之間的(de)誤差在1.5-2米以内)。

六、應用(yòng)領域

      包括數字城(chéng)市,城(chéng)市規劃,交通(tōng)管理(lǐ),數字公安,消防救護,應急安防,防震減災,國土資源,地質勘探,礦産冶金等,覆蓋建築設計,工程與施工,文物(wù)保護,文化(huà)遺産等各方面,應用(yòng)前景非常廣闊。

七、模型展示

圖:3D衛星三維模型(13景)

圖:衛星三維模型(11景)

圖:非城(chéng)區三維模型

圖:非城(chéng)區三維模型