无人机倾斜摄影测量三维建模及模型可视化研究
这是一篇关于倾斜摄影测量,单镜头无人机,三维重建,三维空间分析,OSGB,3D Tiles的论文, 主要内容为随着无人机技术的快速发展,利用消费级无人机进行倾斜摄影测量已经成为一种重要的数据采集手段且逐渐走向成熟和生产应用,而倾斜摄影测量三维成果的可视化和空间量测分析也变得更加迫切。Cesium作为目前最为流行的开源三维GIS框架,能够直接在浏览器上展示虚拟地球并能叠加显示多种图层要素,为倾斜摄影测量数据的可视化和应用分析提供了一个很好的平台。本文围绕消费级无人机倾斜摄影测量和模型数据可视化,探讨了单镜头倾斜摄影测量建模过程中的相机标定、光束法平差等关键技术,并基于Cesium实现了倾斜摄影测量数据的可视化和三维量测分析的功能。主要研究成果如下:(1)在详细论述非量测相机的标定、影像特征提取和匹配、光束法平差、密集匹配等建模关键技术的基础上,提出了利用单镜头无人机模拟多镜头倾斜摄影测量的两种方案,即以三个航线飞行模拟三镜头和5个航线飞行模拟五镜头倾斜摄影测量,以实测检核点的误差评价了两种方案的精度,结果表明第二种方案比第一种方案精度高。本文从飞行效率、数据处理速度和数据产品精度方面给出了不同的地形和地物分布时采用两种方案的建议,为实际生产提供了一种参考。(2)深入剖析了 3D Tiles数据集的三维模型数据格式和已有OSGB数据格式向3D Tiles格式的转换问题;对于倾斜摄影测量三维模型数据量巨大的问题,提出了场景裁剪算法和基于多叉树的数据加载调度方法,提升了 Cesium三维模型数据可视化的渲染效率。(3)设计并实现了基于Cesium的倾斜摄影测量二三维数据的可视化和空间量测模块,该模块基于B/S架构,包含两部分,一方面,该模块能够完美呈现倾斜摄影测量三维数据,另一方面,能够对数据进行量测和典型的空间分析,量测功能包括坐标拾取、距离量算、面积量算;典型空间分析功能包括坡度坡向分析、剖面分析、淹没分析、挖填方计算、通视分析和视域分析。
基于倾斜摄影测量的村镇房屋调查更新与可视化应用研究
这是一篇关于倾斜摄影测量,村镇三维模型,房屋调查,数据批量更新方法,可视化的论文, 主要内容为倾斜摄影测量技术和计算机技术的不断发展,地理信息数据的获取方式不断多样化,各行各业对地理信息数据的准确性、现势性也进一步提高。随着乡村振兴战略的提出,实景三维凭借其真实立体的优势成为村镇地理数据表达的重要手段。村镇房屋调查更新与可视化有助于国家了解村民的居住环境,便于村民了解房屋情况。因此,研究村镇房屋数据如何快速、高效的获取与可视化表达,以满足村镇调查、房屋建筑物规划等需求是当前的研究热点。本文利用倾斜摄影测量技术,探讨实景三维模型在村镇房屋调查中的应用,使用无人机拍摄村镇的影像数据,建立实景三维模型,采集村镇房屋矢量数据,分析倾斜摄影测量用于村镇房屋不动产采集的适用性;对三维模型中存在的遮蔽模糊不清的区域进行外业补测,提出KD树查找与拓扑约束相结合的遮蔽模糊区数据批量自动更新方法,实现补测数据的批量更新,与传统人工更新方法进行对比,并对更新情况进行精度评价;基于Cesium构建村镇房屋可视化应用平台,实现村镇房屋数据的可视化,为村镇的管理规划更新及可视化提供支持。本文的主要研究内容及成果包括以下内容:(1)基于无人机倾斜摄影测量构建实景三维模型进行村镇房屋调查。在无人机倾斜摄影测量技术的基本原理、关键技术基础上,使用无人机航飞获取影像数据,构建村镇的三维模型,采用二三维联动测图的方式得到村镇房屋不动产矢量数据,并对获取的数据成果进行精度分析。选择两个村镇为研究区,获取研究区的村镇房屋不动产矢量数据。结果表明,基于倾斜摄影测量进行村镇房屋调查可以满足精度要求,在保证作业精度的情况下提高工作效率。(2)基于KD树查找与拓扑约束相结合的遮蔽模糊区数据批量自动更新。针对于三维模型存在遮蔽区、模糊区的情况,采用外业补测的方法进行数据采集。对于采集的面数据及待更新的点数据,通过构建KD树进行范围查询与最近邻查询,结合要素之间的拓扑关系实现批量更新,引入更新置信度核验补测数据的更新正确率。结果表明,该方法实现独栋房屋宗地的批量正确更新,实现紧密相连或同墙房屋的批量更新正确率在84.6%以上,通过本文提出的批量更新方法可以实现点数据批量更新到面数据中。与传统人工手动更新方法进行更新情况的对比,本文的方法提升了补测点数据更新效率,减少内业人员逐个依次更新的时间成本。(3)基于Cesium框架搭建村镇房屋可视化应用平台实现村镇房屋数据的可视化。将村镇房屋数据进行格式转换,采用B/S架构对格式转换后的数据实现Web端的可视化。村镇房屋可视化应用平台主要实现了房屋数据的可视化、房屋信息查询、空间量测等,具有较好的数据可视化表达效果,能够实现三维模型数据的多角度浏览及信息查询,具有较高的应用价值。
多源数据融合的三维实景建模与可视化技术研究及应用
这是一篇关于多源数据融合,倾斜摄影测量,三维建模,Cesium,三维战场环境可视化,CZML的论文, 主要内容为战场环境是影响战争胜负走向的关键因素,其中地形是战场环境的主要构成。随着军事技术的变革、精确打击和精确斩首武器的运用,传统二维地图的局限性已经无法满足军事训练和军事指挥方面的需求。而对于当前的三维战场地形,快速进行地形模型构建、地形模型精细化以及海量数据可视化呈现的要求显得越来越高。因此,本文为构建真实的三维战场地理环境及可视化进行了深入研究。本文选用倾斜摄影技术与Cesium可视化库进行真实三维地形的建立及可视化平台的搭建,以西安工业大学未央校区做为典型应用实例进行城市作战可视化开发。首先,本文介绍了三维实景建模与可视化相关理论;论述了在Web端进行可视化开发的优势;提出了倾斜摄影测量技术对三维战场地形构建时存在的问题及解决办法。其次,本文制定了战场环境多源数据采集方案以及基于Smart3D多源数据融合建模流程。制作了三维战场地形数据并进行了模型质量分析,包括模型的纹理精度、几何精度和地理坐标精度。确保生成的地形数据满足逼真的可视化视觉效果及地形对地面人员装备的各种干涉作用的真实性。最后,本文在前三章的基础上采用B\S三层架构的方式,通过Cesium、HTLM、JavaScript等语言进行战场环境可视化平台的搭建,实现了城市化作战的三维战场环境构建。同时,本文基于Cesium完成了模型单体化和模型驱动等功能。本课题对三维战场地形环境构建与可视化研究具有重要意义。本文提出的战场环境构建方法可以运用到各种战场环境的构建,包括山地丘陵的作战地形环境构建、城市反恐作战等。通过可视化平台的加载可以直观、真实了解战场环境。通过模型驱动完成战场中各种演示效果。
基于倾斜摄影测量技术的单体化模型重建与可视化平台开发
这是一篇关于倾斜摄影测量,实景三维,单体化建模,Skyline,可视化平台的论文, 主要内容为单体化建模满足了对不同要素的选择性编辑,拓宽了实景三维模型的应用范围。虽然针对各种单体化方法的优化研究逐渐增多,但采用一种可以独立编辑每一部分的单体化建模方法对于推进精细化智慧城市管理建设仍具有现实意义。为解决单体化建模过程中多源数据利用率低、模型成果编辑局限性及模型成果不精细的问题,本论文运用重建模型单体化方法,以实景三维重建模型为基础,结合空地一体化多源数据融合技术优势,对实验区域内各地物要素进行精细化模型重建,从根本上达到要素分离的目的。并基于Skyline系统和Arc GIS Server地理信息平台进行三维可视化平台的设计与搭建,对实现精细化城市管理有一定的现实意义。主要研究内容如下:(1)倾斜三维模型构建与模型精细化修整。基于多旋翼无人机搭载索尼DSC-RX1RM2设备获取的影像数据,运用Context Capture模型构建模块进行三维模型构建和模型成果精度评定,体现出该建模方法的可行性。结合模型的相应情况,进行模型修饰以提升模型效果;(2)单体化模型重建与成果分析。通过对优化前后的碰撞检测算法、常规动态渲染、分层分户动态渲染、模型重建几种方法的单体化构建成果进行对比分析。体现出模型重建单体化在场景重现效果方面的优势,并在一定程度上降低了三维模型效果对单体化模型成果的影响。基于重建模型单体化对实验区域内地表建筑、地形及景观小品要素进行单体化模型重建,其中DLG采集地形实体精度的点位中误差与高程中误差均达到相应技术标准的高精度要求,景观小品要素构建逼真。最终对建筑单体化模型做编辑性能验证,以此说明该方法在提升模型重现真实场景能力的同时,还可以根据不同需求实现针对要素及结构的选择性编辑,拓展成果应用范围;(3)可视化平台构建与功能实现。基于Skyline提供的相关接口,结合Arc GIS Server地理信息平台,运用Java Script语言进行二次开发,实现可视化平台分析模块、流程监控模块及查询模块的应用,相比于基础的分析模块来说,该平台增加了兴趣点信息自动查询及流程监控模块,在三维模型可视化的基础上增加模型应用多样性,提升系统操作便捷性。
天际岭国家森林公园可视化平台构建与实现
这是一篇关于可视化,实景三维建模,倾斜摄影测量,Cesium,天际岭国家森林公园的论文, 主要内容为目前国家森林公园的经营管理方式仍以传统的林场经营管理模式为主,缺少专业性、针对性强的三维可视化平台以提升国家森林公园的智慧化管理水平,并为游客提供更好的服务体验。本文在综述国内外森林公园实景三维建模研究现状及发展趋势的基础上,采用摄影建模、实景三维、WebGIS等面向场景的技术,构建基于Cesium开源框架的森林公园三维可视化平台,以天际岭国家森林公园为研究对象进行了应用,为实现森林公园管理和生态旅游智慧化提供信息化支撑。主要研究内容和研究结果如下:(1)天际岭国家森林公园实景三维模型构建。基于空地融合建模方法,以无人机倾斜影像和地面近景影像为数据基础,采集研究区景观的精准纹理,结合空地两种高密度点云配准融合,利用Context Capture等软件对影像数据进行筛选和转换整合,构建了天际岭国家森林公园实景三维模型。采用控制点参与平差进行精度验证,平面位置中误差为0.069m,高程中误差为0.103m。结果表明:天际岭国家森林公园实景三维模型精度符合数字航空摄影建模规范要求,能够直观地反映研究区内地物的真实结构状态,有效地解决了模型破洞和拉花等问题。(2)天际岭国家森林公园可视化平台设计。以天际岭国家森林公园的业务需求和不同地物类型空间分布及其属性数据为基础,进行可视化平台总体需求分析、数据可视化需求分析和网络安全分析。基于B/S模式设计了森林公园可视化平台架构,具体包括:表现层、逻辑层和数据层。依托Cesium应用架构对森林公园可视化平台的量测、导航漫游、单体化查询、淹没分析和景观分析等功能模块进行了详细设计。(3)天际岭国家森林公园可视化平台实现。根据天际岭国家森林公园可视化平台设计方案,利用Vue框架加载了 3D Tiles实景三维模型,通过网页客户端对可视化平台进行交互操作。平台采用Echarts开源可视化图表库对园区属性数据进行了可视化表达;采用Cesium引擎的回调函数动态设置拉伸高度,实现了森林公园淹没危情模拟三维可视化表达;利用DEM数据、游道及景点分布数据提取森林公园景观的相对坡度,获取各景观区域坡度平均值进行基于相对坡度的景观视觉敏感度评价,将评价结果叠加在森林公园实景三维模型上,实现了景观视觉敏感度评价的三维可视化。利用倾斜摄影与近景摄影相结合构建森林公园实景三维模型,采用Cesium引擎搭建森林公园可视化平台,可提升森林公园智慧化管理水平。后续研究中可以利用激光雷达采集森林公园点云数据,提高实景三维模型的地物结构精度,结合深度学习网络拓展三维可视化平台的分析能力,提升森林公园的信息化服务水平。
桥梁倾斜摄影测量技术研究
这是一篇关于无人机,倾斜摄影测量,桥梁实景三维模型,点云分类处理的论文, 主要内容为我国作为桥梁建设大国,对桥梁结构进行监测、检测并评估其结构状态是在日常维护中需要解决的问题,传统桥梁检测作业效率较低,因此桥梁智能检测技术应运而生,智能化、自动化的检测需要桥梁结构信息的支持,但实际工程中部分老旧桥梁存在设计施工资料不完整的情况阻碍了桥梁智能检测技术的开展。针对获取这些桥梁结构信息的需求,本文利用倾斜摄影测量技术获取桥梁数字化信息模型,其具有快速、真实、包含空间地理信息的优势可为桥梁信息化管理以及BIM重建提供相应技术和数据支持。本文以具体的桥梁工程结构为试验研究对象,利用倾斜摄影测量、计算机视觉等技术以及无人机和计算机等硬件平台针对桥梁的实景三维重建等关键问题进行研究并且完成了如下的工作:(1)研究倾斜摄影测量及三维实景重建的关键技术和基本原理,包括摄影测量原理、影像联合平差、影像密集匹配中涉及的尺度不变特征转换(SIFT)算法以及运动恢复结构多视角立体重建(SFM-MVS)算法和点云构网、纹理映射等技术。(2)针对桥梁结构的特殊结构形式,选用特定无人机平台以及飞控软件组成前期外业工作的采集系统,并对非量测相机的标定原理进行深入研究,由此对无人机相机进行标定工作,建立相机像素位置与真实场景点之间的关系。选择相应的摄影测量和三维重建软件以及搭建的计算机平台组成内业处理系统,建立桥梁倾斜摄影测量的软硬件系统。(3)基于摄影测量及三维重建的技术和原理设计验证实验,以Python语言编写特征提取与匹配、构建Delaunay三角网的实验代码结合MVS算法源码以及Context Capture软件对采集的石狮和椅子影像集进行了三维重建的实验验证。(4)研究基于无人机倾斜摄影测量和贴近摄影测量技术构建桥梁实景三维模型的影像采集和重建方法。结合该方法对万州某城市道路桥梁、内江沱江四美大桥、綦江城北大桥等实际桥梁工程进行飞行航线设计和影像采集,对采集到的影像进行检查以及预处理工作,探究通过Metashape以及Context Capture软件建立桥梁结构的实景三维模型的技术流程,进而成功建立桥梁的实景三维模型,对实景三维模型进行修整后对成果的外观精细程度依据规范进行评价。研究桥梁结构点云分类以实现桥梁结构单体化,利用布料滤波算法对桥梁本体与地面点进行分离并与其他滤波方法展开对比及数据分析。(5)针对基于无人机倾斜摄影测量实景三维模型成果进行模型精度和结构精度的评价,结果表明利用该方法重建的桥梁实景三维模型符合规范中对精度的要求。最后基于RANSAC算法探测单体桥梁点云模型的结构形态组成并实现自动化的桥梁结构尺寸提取,对自动提取的桥梁结构信息数据进行分析。
多源数据融合的三维实景建模与可视化技术研究及应用
这是一篇关于多源数据融合,倾斜摄影测量,三维建模,Cesium,三维战场环境可视化,CZML的论文, 主要内容为战场环境是影响战争胜负走向的关键因素,其中地形是战场环境的主要构成。随着军事技术的变革、精确打击和精确斩首武器的运用,传统二维地图的局限性已经无法满足军事训练和军事指挥方面的需求。而对于当前的三维战场地形,快速进行地形模型构建、地形模型精细化以及海量数据可视化呈现的要求显得越来越高。因此,本文为构建真实的三维战场地理环境及可视化进行了深入研究。本文选用倾斜摄影技术与Cesium可视化库进行真实三维地形的建立及可视化平台的搭建,以西安工业大学未央校区做为典型应用实例进行城市作战可视化开发。首先,本文介绍了三维实景建模与可视化相关理论;论述了在Web端进行可视化开发的优势;提出了倾斜摄影测量技术对三维战场地形构建时存在的问题及解决办法。其次,本文制定了战场环境多源数据采集方案以及基于Smart3D多源数据融合建模流程。制作了三维战场地形数据并进行了模型质量分析,包括模型的纹理精度、几何精度和地理坐标精度。确保生成的地形数据满足逼真的可视化视觉效果及地形对地面人员装备的各种干涉作用的真实性。最后,本文在前三章的基础上采用B\S三层架构的方式,通过Cesium、HTLM、JavaScript等语言进行战场环境可视化平台的搭建,实现了城市化作战的三维战场环境构建。同时,本文基于Cesium完成了模型单体化和模型驱动等功能。本课题对三维战场地形环境构建与可视化研究具有重要意义。本文提出的战场环境构建方法可以运用到各种战场环境的构建,包括山地丘陵的作战地形环境构建、城市反恐作战等。通过可视化平台的加载可以直观、真实了解战场环境。通过模型驱动完成战场中各种演示效果。
天际岭国家森林公园可视化平台构建与实现
这是一篇关于可视化,实景三维建模,倾斜摄影测量,Cesium,天际岭国家森林公园的论文, 主要内容为目前国家森林公园的经营管理方式仍以传统的林场经营管理模式为主,缺少专业性、针对性强的三维可视化平台以提升国家森林公园的智慧化管理水平,并为游客提供更好的服务体验。本文在综述国内外森林公园实景三维建模研究现状及发展趋势的基础上,采用摄影建模、实景三维、WebGIS等面向场景的技术,构建基于Cesium开源框架的森林公园三维可视化平台,以天际岭国家森林公园为研究对象进行了应用,为实现森林公园管理和生态旅游智慧化提供信息化支撑。主要研究内容和研究结果如下:(1)天际岭国家森林公园实景三维模型构建。基于空地融合建模方法,以无人机倾斜影像和地面近景影像为数据基础,采集研究区景观的精准纹理,结合空地两种高密度点云配准融合,利用Context Capture等软件对影像数据进行筛选和转换整合,构建了天际岭国家森林公园实景三维模型。采用控制点参与平差进行精度验证,平面位置中误差为0.069m,高程中误差为0.103m。结果表明:天际岭国家森林公园实景三维模型精度符合数字航空摄影建模规范要求,能够直观地反映研究区内地物的真实结构状态,有效地解决了模型破洞和拉花等问题。(2)天际岭国家森林公园可视化平台设计。以天际岭国家森林公园的业务需求和不同地物类型空间分布及其属性数据为基础,进行可视化平台总体需求分析、数据可视化需求分析和网络安全分析。基于B/S模式设计了森林公园可视化平台架构,具体包括:表现层、逻辑层和数据层。依托Cesium应用架构对森林公园可视化平台的量测、导航漫游、单体化查询、淹没分析和景观分析等功能模块进行了详细设计。(3)天际岭国家森林公园可视化平台实现。根据天际岭国家森林公园可视化平台设计方案,利用Vue框架加载了 3D Tiles实景三维模型,通过网页客户端对可视化平台进行交互操作。平台采用Echarts开源可视化图表库对园区属性数据进行了可视化表达;采用Cesium引擎的回调函数动态设置拉伸高度,实现了森林公园淹没危情模拟三维可视化表达;利用DEM数据、游道及景点分布数据提取森林公园景观的相对坡度,获取各景观区域坡度平均值进行基于相对坡度的景观视觉敏感度评价,将评价结果叠加在森林公园实景三维模型上,实现了景观视觉敏感度评价的三维可视化。利用倾斜摄影与近景摄影相结合构建森林公园实景三维模型,采用Cesium引擎搭建森林公园可视化平台,可提升森林公园智慧化管理水平。后续研究中可以利用激光雷达采集森林公园点云数据,提高实景三维模型的地物结构精度,结合深度学习网络拓展三维可视化平台的分析能力,提升森林公园的信息化服务水平。
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