114-三維實(shí)景建模的軟硬件方案13-建設(shè)任務(wù)信息服務(wù)領(lǐng)域“十四五”期間，安排指揮信息系統(tǒng)建設(shè)1個(gè)項(xiàng)目，預(yù)期投入經(jīng)費(fèi)xx萬元。建設(shè)思路聚焦研究打仗、指揮作戰(zhàn)核心職能，著眼“智能化硬件升級(jí)，多源化信息匯融，集約化要素整合，實(shí)用化功能拓展”的建設(shè)理念，在現(xiàn)有數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，使用三維傾斜實(shí)景數(shù)據(jù)作為現(xiàn)代化作戰(zhàn)信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。傾斜實(shí)景能夠快速建立精細(xì)的地表三維模型，真實(shí)還原作戰(zhàn)場(chǎng)地，為圓滿完成多樣化任務(wù)提供有力的數(shù)據(jù)支撐。建設(shè)內(nèi)容使用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大范圍、高精度、高清晰的全面感知復(fù)雜場(chǎng)景。通過航空攝影的手段快速獲取地面多源數(shù)據(jù)，結(jié)合三維場(chǎng)景快速構(gòu)建技術(shù)，自動(dòng)融合生成三維實(shí)景數(shù)據(jù)，能夠直觀的反映地物的外觀、位置、高度等屬性，為還原作戰(zhàn)場(chǎng)地的真實(shí)效果提供測(cè)繪級(jí)精度的保證。概述傾斜攝影傾斜攝影技術(shù)是國際攝影測(cè)量領(lǐng)域近十幾年發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，該技術(shù)通過在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)傳感器，同時(shí)從一個(gè)垂直、四個(gè)傾斜，五個(gè)不同的視角同步采集影像，獲取到豐富的建筑物頂面及側(cè)視的高分辨率紋理。它不僅能夠真實(shí)地反映地物情況，高精度地獲取物方紋理信息，還可通過先進(jìn)的定位、融合、建模等技術(shù)，生成真實(shí)的三維城市模型。現(xiàn)階段,我國的三維城市建模主要依賴于手工方式與半自動(dòng)建模方式進(jìn)行，這種方式生產(chǎn)周期較長,由于建模要素與作業(yè)環(huán)節(jié)流程的限制,只能對(duì)用戶感興趣的部分進(jìn)行三維建模，三維貼圖多采用外業(yè)手拍的形勢(shì)和內(nèi)業(yè)紋理貼圖復(fù)制的方式，這種方式具有以下缺點(diǎn)：生產(chǎn)周期較長，難以體現(xiàn)城市建設(shè)對(duì)數(shù)據(jù)時(shí)效性的要求；生產(chǎn)成本較高，依賴于大量的內(nèi)外業(yè)結(jié)合的作業(yè)方式；不能全要素表現(xiàn)地物的特征特貌，表現(xiàn)要素越細(xì)致，制作周期越長、成本越高；建模不以空三的數(shù)學(xué)關(guān)系為基準(zhǔn)，后期成果絕對(duì)精度難以保證。但不可否認(rèn)，這種作業(yè)方式，在我國的數(shù)字城市與智慧城市的建設(shè)以及相關(guān)國土規(guī)劃等領(lǐng)域發(fā)揮了及其重要的作用。傾斜攝影技術(shù)的快速應(yīng)用，為國民經(jīng)濟(jì)的建設(shè)提高效率、節(jié)省成本。最近兩年，真三維實(shí)景建模技術(shù)逐漸走向了領(lǐng)域的前沿，也由于國際化合作的深入，目前此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展基本處于國內(nèi)外同步的水平。圖傾斜攝影技術(shù)特點(diǎn)特點(diǎn)一：反映地物周邊真實(shí)情況相對(duì)于正射影像，傾斜影像能讓用戶從多個(gè)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(cè)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(cè)，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)面紋理可采集高效建設(shè)三維實(shí)景，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。實(shí)景真三維制作技術(shù)實(shí)景真三維制作技術(shù)，不同于以往的半自動(dòng)三維重建技術(shù)，在數(shù)據(jù)獲取的前期充分考慮了用攝影測(cè)量和計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的處理，采用如下作業(yè)方式，制作滿足要求的實(shí)景真三維模型成果。完全遵循建模處理原理，進(jìn)行優(yōu)化迭代計(jì)算。圖實(shí)景真三維制作流程技術(shù)方案方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)系統(tǒng)由以下幾部分組成，分別為傳感器層、采集控制層、原始數(shù)據(jù)層、預(yù)處理軟件層及成果層，其中傳感器層主要有硬件設(shè)備構(gòu)成；采集控制層及預(yù)處理軟件層為控制及處理原始數(shù)據(jù)的軟件；原始數(shù)據(jù)層為采集的原始數(shù)據(jù)；成果層為最終的數(shù)據(jù)成果。系統(tǒng)構(gòu)架圖系統(tǒng)產(chǎn)品組成機(jī)載激光雷達(dá)分系統(tǒng)包括有硬件和軟件兩部分，其中硬件包括有無人機(jī)平臺(tái)、傾斜相機(jī)、數(shù)據(jù)鏈路、地面站四部分；軟件包括有地面站控制無人機(jī)軟件、傾斜相機(jī)控制軟件、傾斜影像處理軟件等部分。無人機(jī)平臺(tái)無人機(jī)平臺(tái)，設(shè)置可供安裝傳感器集成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并設(shè)置有與無人機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行線路通信接口。地面控制系統(tǒng)能夠?qū)鞲衅骷上到y(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)傾斜相機(jī)的控制，POS數(shù)據(jù)采集獲取的控制以及各個(gè)傳感器之間的高精度同步控制。無人機(jī)平臺(tái)搭載多傳感器多旋翼無人機(jī)系統(tǒng)是一款純電力驅(qū)動(dòng)多用途通用化的智能飛行平臺(tái)。無人機(jī)專門針對(duì)復(fù)雜作業(yè)場(chǎng)景下的系統(tǒng)使用，重要部件均采用多余度設(shè)計(jì)確保安全飛行。無人機(jī)載荷掛載模塊的電氣接口與機(jī)械接口均采用通用化設(shè)計(jì)，可針對(duì)不同的客戶群體，適配不同的重量與尺寸的載荷設(shè)備，出色的完成作業(yè)任務(wù)，無人機(jī)可用于航空攝影、環(huán)境監(jiān)測(cè)、森林防火、搜索救援等。主要特點(diǎn)如下：高效率全自動(dòng)帶狀航線規(guī)劃功能：可全自動(dòng)進(jìn)行航線規(guī)劃設(shè)計(jì)，根據(jù)不同情況快速改變航線。支持多種飛行模式：可進(jìn)行航線任務(wù)實(shí)時(shí)規(guī)劃，可定點(diǎn)盤旋飛行，具備自動(dòng)起飛、自主降落，具有垂直起降、起飛/降落點(diǎn)懸停、航線飛行等多種飛行模式。輔助安全功能，包括：應(yīng)急返航功能、低電壓自動(dòng)返航功能、禁飛區(qū)限制功能、限定最大/小飛行高度、限定最大飛行速度等。狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控：對(duì)飛行器的狀態(tài)可進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，包括電池電壓、坐標(biāo)、高度、方向、飛行姿態(tài)、飛行時(shí)長、飛行速度、飛行路徑、距起飛點(diǎn)的距離、GPS信號(hào)狀態(tài)等。針對(duì)山區(qū)復(fù)雜地形的安全策略設(shè)計(jì)，在山區(qū)復(fù)雜地形進(jìn)行飛行過程中有自動(dòng)避障功能。無人機(jī)技術(shù)指標(biāo)名稱指標(biāo)續(xù)航時(shí)間≥50min（載荷7kg情況下）控制半徑≥20km最大海拔高度≥5000m有效載荷≥15kg安全相對(duì)飛行高度100~1000m最佳巡航速度50km/h最大飛行速度≥90km/h最大抗風(fēng)能力平飛：7級(jí)防雨等級(jí)防濺雨，小雨（12小時(shí)內(nèi)降水量為0.1mm~4.9mm或24小時(shí)內(nèi)降水量為0.1mm~9.9mm降雨）工作溫度-20℃~55℃工作濕度0%~95%傾斜相機(jī)傾斜相機(jī)通過從一個(gè)垂直、四個(gè)傾斜、五個(gè)不同的視角同步采集影像，獲取到豐富的建筑物頂面及側(cè)視的高分辨率紋理。同一地物具有多視角的影像，及詳盡的側(cè)面信息，而后將這些影像通過區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差、多視影像匹配、DSM生成、真正射糾正、三維建模等流程，形成最終產(chǎn)品。它不僅能夠真實(shí)地反映地物情況，高精度地獲取物方紋理信息，還可通過先進(jìn)的定位、融合、建模等技術(shù)，生成真實(shí)的三維城市模型，采用傾斜相機(jī)可以很好地將建筑物等的立面信息表現(xiàn)的更加完整，使得最終成果數(shù)據(jù)擁有更好的完整性和精度。該技術(shù)在歐美等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)廣泛應(yīng)用于應(yīng)急指揮、國土安全、城市管理、房產(chǎn)稅收等行業(yè)。傾斜相機(jī)示意圖傾斜相機(jī)主要參數(shù)相機(jī)數(shù)量5個(gè)重量1200g總像素2.1億像素最小曝光間隔0.6s曝光方式定點(diǎn)\定時(shí)鏡頭焦距35mm工作溫度-30°C～+50°C存儲(chǔ)溫度-40°C～+60°C全功能傾斜攝影系統(tǒng)擁有多種曝光模式：曝光模式傾斜攝影系統(tǒng)記錄存儲(chǔ)的姿態(tài)角信息，可以使用無線傳輸或USB數(shù)據(jù)線等連接方式，通過配套的軟件進(jìn)行相機(jī)姿態(tài)角信息列表的輸出。采用先進(jìn)的同步全驅(qū)技術(shù)，可以通過檢測(cè)飛控信號(hào)后進(jìn)行5路信號(hào)同步多通驅(qū)動(dòng)，觸發(fā)快門，曝光同步性，得到大幅提升。數(shù)據(jù)鏈路根據(jù)項(xiàng)目需求，無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈路設(shè)備采用無人機(jī)平臺(tái)配套設(shè)備，主要包括：1)數(shù)據(jù)鏈設(shè)備：測(cè)控管理器、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)；2)機(jī)載設(shè)備：飛行控制器、傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)；3)地面設(shè)備：圖像顯示設(shè)備和工程控制計(jì)算機(jī)。測(cè)控系統(tǒng)采用主副雙鏈路模塊，可使其具備較強(qiáng)的抗多徑干擾能力和在有遮擋環(huán)境中的傳輸能力，實(shí)現(xiàn)在“高速運(yùn)動(dòng)中”，“非同時(shí)條件下”高質(zhì)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。系統(tǒng)應(yīng)具備靈敏度高、移動(dòng)性好、保密性好、抗干擾和抗衰變能力強(qiáng)、傳輸數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性性能高等特點(diǎn)。地面站地面站通過無線通信鏈路控制連接無人機(jī)。地面站主要功能包括航線規(guī)劃、飛行視頻顯示、無人機(jī)控制、云臺(tái)控制、禁飛區(qū)域設(shè)置、無人機(jī)HUD顯示等。支持多種GIS數(shù)據(jù)來源，包括Google、ArcGIS等。便攜式地面站體積較小、質(zhì)量輕?？蓪⒈銛y式地面站帶至更接近目標(biāo)區(qū)域的環(huán)境，最大限度的降低對(duì)飛行器工作區(qū)域的限制。地面站主要功能如下：規(guī)劃飛行航線、設(shè)置禁飛區(qū)域、監(jiān)控?zé)o人機(jī)飛行狀態(tài)；控制無人機(jī)：包括一鍵起降、飛行模式切換等；控制任務(wù)載荷：控制光電吊艙俯仰和偏航、切換光電吊艙工作模式；接收并顯示視頻圖像，存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)視頻信息；中文、英文操作界面。傳感器控制軟件無人機(jī)載控制端無人機(jī)載控制端在地面站軟件中體現(xiàn)，主要有以下幾大功能：任務(wù)規(guī)劃、遙控遙測(cè)、載荷控制、載荷信息顯示。通過無人機(jī)載控制端軟件能夠控制無人實(shí)現(xiàn)自主安全起降、路線規(guī)劃自主巡航、失控自主返航、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回傳等功能，能夠簡單便捷地操控?zé)o人機(jī)完成任務(wù)。傾斜攝影采集端開機(jī)傾斜相機(jī)使用無人機(jī)供電，與無人機(jī)同步開關(guān)機(jī)，建議供電電壓DC13—35V，相機(jī)作業(yè)工作時(shí)，供電瞬間功率需達(dá)到65W才可以保證設(shè)備的正常工作。開機(jī)流程：安裝傾斜相機(jī)至無人機(jī)，確定安裝牢靠；啟動(dòng)無人機(jī)電源，相機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)并進(jìn)入自檢，相機(jī)總共開機(jī)持續(xù)時(shí)間需要35s，啟動(dòng)完成后相機(jī)嘀鳴一聲；相機(jī)正常開機(jī)后，自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。相機(jī)完成最后一次拍照至少等待15秒后，可直接斷電關(guān)機(jī)。建議飛行器起飛前測(cè)試檢查操作完成后，再連接相機(jī)電源進(jìn)行起飛前相機(jī)測(cè)試，避免飛行器頻繁通斷電導(dǎo)致相機(jī)頻繁重啟。相機(jī)拍照傾斜相機(jī)啟動(dòng)后，相機(jī)顯示開機(jī)并進(jìn)入可拍照狀態(tài)，相機(jī)可自動(dòng)識(shí)別飛控輸出的PWM、TTL信號(hào)；此時(shí)用戶可通過單次觸發(fā)遙控器拍照按鈕（或通道撥桿）來控制相機(jī)單張拍照，也可以通過地面站觸發(fā)相機(jī)拍照。觸發(fā)一次，顯示屏P值計(jì)數(shù)加1，相機(jī)執(zhí)行一次拍照指令。室內(nèi)測(cè)試時(shí)，光線不足，照片是黑色屬于正?，F(xiàn)象。相機(jī)設(shè)置基本參數(shù)設(shè)置：相機(jī)相關(guān)參數(shù)新建自定義相機(jī)參數(shù)數(shù)據(jù)處理傾斜影像檢查勻光處理傾斜影像檢查勻光處理是將采集到的傾斜影像數(shù)據(jù)經(jīng)過檢查及勻光處理后為下一步數(shù)據(jù)處理提供影像。傾斜數(shù)據(jù)采集完成以后，通過數(shù)據(jù)整理軟件，選擇所在工程目錄，會(huì)自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)檢，并自動(dòng)整理，生成一個(gè)影像的曝光點(diǎn)的位置信息，使用軟件中的一鍵勻光處理功能將數(shù)據(jù)質(zhì)量差的影像進(jìn)行修補(bǔ)整理，通過這個(gè)位置信息以及整理好的影像數(shù)據(jù)，就可以進(jìn)行后續(xù)處理。傾斜影像處理數(shù)據(jù)處理步驟如下：數(shù)據(jù)處理首先對(duì)影像進(jìn)行對(duì)齊，然后依靠相機(jī)參數(shù)、影像數(shù)據(jù)、POS數(shù)據(jù)等進(jìn)行多視角影像特征點(diǎn)密集匹配，并以此進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)的自由網(wǎng)多視影像聯(lián)合約束平差解算，建立在空間尺度可以適度自由變形的立體模型，完成相對(duì)定向；將外業(yè)測(cè)定的像片控制點(diǎn)成果，在內(nèi)業(yè)環(huán)境中進(jìn)行轉(zhuǎn)刺，利用這些點(diǎn)對(duì)已有區(qū)域網(wǎng)模型進(jìn)行約束平差解算，將區(qū)域網(wǎng)納入到精確的大地坐標(biāo)系統(tǒng)中，完成絕對(duì)定向。將空三后的成果數(shù)據(jù)直接提交生成三維TIN格網(wǎng)構(gòu)建再通過白體三維模型創(chuàng)建以及自助紋理映射得到最終的高精度真實(shí)三維場(chǎng)景模型。應(yīng)用方向應(yīng)急救災(zāi)保障利用點(diǎn)面結(jié)合的點(diǎn)云級(jí)融合空三計(jì)算和三維建模,在實(shí)景模型上進(jìn)行二三維GIS基礎(chǔ)分析和應(yīng)用分析,區(qū)別對(duì)待災(zāi)區(qū)的不同區(qū)域和應(yīng)急救災(zāi)的不同時(shí)間段,能夠快速、準(zhǔn)確、全方位、可量測(cè)、直觀逼真地描繪災(zāi)區(qū),滿足了應(yīng)急測(cè)繪保障的地理空間信息服務(wù)。戰(zhàn)場(chǎng)指揮通過傾斜攝影來獲取并自動(dòng)生成大面積高精度的三維戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，對(duì)于合成化部隊(duì)通用戰(zhàn)術(shù)偵察、火力打擊定位、營區(qū)數(shù)字化管理等軍事應(yīng)用具有重大價(jià)值，可顯著提升部隊(duì)的數(shù)字化作戰(zhàn)能力，為指揮員的科學(xué)決策提供數(shù)據(jù)支撐。城市規(guī)劃工程規(guī)劃通過傾斜攝影測(cè)量技術(shù)得到的實(shí)景三維模型應(yīng)用在城市規(guī)劃中對(duì)于各設(shè)計(jì)單位將有可觀的經(jīng)濟(jì)效益，能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的智能化處理，可縮短測(cè)量時(shí)間，減少測(cè)量資金，提高經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)景三維模型可用于城市規(guī)劃建設(shè)項(xiàng)目、道路狀況建模以完成對(duì)道路狀況的檢測(cè)、地下管線建模以完