通用的占位符縮略圖

衛星遙感行業 /

衛星影像實景三維建模技術解決方案

一(yī)、業務(wù)需求

      近年來(lái),高分(fēn)辨率衛星獲得了(le)較快(kuài)的發展,其獲取的圖像經過輻射校(xiào)正後達到了(le)相當高的精度,結合衛星變軌或相機側擺等方式,同一(yī)地域的重訪周期大大縮短,非常有利于對目标場(chǎng)景的三維精細化(huà)建模,并使利用高分(fēn)辨率衛星影像制作(zuò)三維地形及建築物建模成為(wèi)可能(néng)。便于對全球範圍内地形地貌、地理(lǐ)環境和相關(guān)自然與人(rén)文現(xiàn)象等信息進行采集、處理(lǐ)與應用。高分(fēn)辨率衛星數據有了(le)更多地使用價值和空間(jiān)。得益于高分(fēn)辨率衛星數據源的日益豐富,以及多源遙感衛星影像處理(lǐ)能(néng)力的不斷增強,三維模型生(shēng)産方面有着廣闊的前景。

      通過利用快(kuài)速影像匹配技術,生(shēng)成DOM自動或者半自動人(rén)工地物的采集的方式獲取影像的建築物表面紋理(lǐ)。最後實現(xiàn)基于衛星影像的三維建模。這(zhè)種模式可以為(wèi)無法或很難獲取航飛數據的區域提供三維建模方案。

二、方案描述

      利用高分(fēn)辨率光學衛星影像進行重點目标及建築物精細化(huà)三維建模的方法。以國内外主流高分(fēn)辨率光學衛星影像數據為(wèi)主要數據源,以DEM/ DOM、控制點數據等已有數據庫為(wèi)控制通過平差得到影像位置,自動提取三維點雲,利用算(suàn)法從點雲提取三角面網格制作(zuò)感興趣區域粗略高程模型,聯系區域對象的平坦程度,對三角網進行平整、簡化(huà),進行紋理(lǐ)化(huà)。通過此方法得到的衛星三維模型紋理(lǐ)對應性精度更有保證,紋理(lǐ)均為(wèi)原始影像上(shàng)計算(suàn)獲得,與其他地理(lǐ)信息數據信息或屬性數據可以更好(hǎo)(hǎo)的疊加,使得多源數據發揮一(yī)加一(yī)大于二的效能(néng)。與InSAR等數據及矢量數據疊加便于一(yī)步實現(xiàn)平面/高程與趨勢屬性數據的拟合,便于更真實的呈現(xiàn)模拟效果,更好(hǎo)(hǎo)的服務(wù)與相關(guān)行業。

三、服務(wù)模式
  • 常規模式

      常規拍攝過程中采用計劃編程下(xià)單模式,提供的衛星數據須經過輻射校(xiào)正和系統幾何校(xiào)正,分(fēn)辨率滿足優于1米,應包括全色波段、藍波段、綠(lǜ)波段、紅(hóng)波段與近紅(hóng)外波段等多光譜信息。對提供的原始影像數據,實時(shí)雲量判讀,準确性達到98%及以上(shàng),提供統計報(bào)表。後期影像拼接色彩調整服務(wù),影像在大範圍顔色和色調顯示基本一(yī)緻,圖像色相及亮度調整後,相鄰幅重疊區域,亮度相差低(dī)于10%,合理(lǐ)地選擇鑲嵌線,并進行羽化(huà)處理(lǐ),鑲嵌後達到相鄰影像色調基本一(yī)緻。原始影像質量整體(tǐ)精度一(yī)緻、色調均勻、紋理(lǐ)清晰、反差适中、色彩自然過渡、水利要素突出。

      常規模式下(xià)三維實景建模系統采用全自動+人(rén)工幹預的三維實景處理(lǐ)流程,利用集群優勢結合系統編輯作(zuò)業模式對三維模型及單體(tǐ)化(huà)進行快(kuài)速生(shēng)産和必要編輯,生(shēng)産出滿足精度要求的标準三維産品。

  • 應急模式

      由于每顆衛星的數據獲取能(néng)力和特點的不同,包括衛星搭載的傳感器(qì)類型、側視(shì)能(néng)力、成像模式、分(fēn)辨率、觀測波譜、有效地面視(shì)場(chǎng)、重訪周期等的差異,使得用戶迫切需要一(yī)套能(néng)夠分(fēn)析在一(yī)定時(shí)間(jiān)周期内,實現(xiàn)對感興趣區域的多星、多傳感器(qì)、多成像模式的聯合成像解決方案,包括時(shí)效性及覆蓋能(néng)力的分(fēn)析等實際應用需求。這(zhè)種聯合成像解決方案不但(dàn)能(néng)夠在航天器(qì)的研發過程中,為(wèi)有效載荷、單星及星座平台的研發作(zuò)論證支撐;特别是當地震、洪水等重大自然災害發生(shēng)時(shí),這(zhè)種聯合成像解決方案将更能(néng)夠滿足災害快(kuài)速響應的需要,充分(fēn)發揮遙感技術在科學救災減災中的重大作(zuò)用。

      同時(shí)在處理(lǐ)過程中三維實景處理(lǐ)系統采用全自動三維實景處理(lǐ)流程,利用集群優勢完成從空三加密、影像匹配到三維模型制作(zuò)的全過程,快(kuài)速響應應急生(shēng)産需求。

四、方案組成
  • 數據采集

      為(wèi)确保模型質量(包含模型的結構完整度和紋理(lǐ)提取等),采用的數據需是亞米級分(fēn)辨率傳感器(qì)且從不同角度拍攝的影像。

  • 數據處理(lǐ)系統

     1.基于Windows操作(zuò)系統、基于圖形用戶界面,進行數據輸入輸出和整個(gè)處理(lǐ)流程管理(lǐ), 任務(wù)管理(lǐ)至少包括創建任務(wù)、提交任務(wù)、任務(wù)處理(lǐ)進度監控、處理(lǐ)結果可視(shì)化(huà)等;

     2.軟件計算(suàn)過程無需人(rén)工幹預,所輸出的三維格網模型能(néng)夠準确、精細地複原出建模主體(tǐ)的真實細節構成,能(néng)輸出高分(fēn)辨率的帶有真實紋理(lǐ)的三角網格模型;

     3.軟件能(néng)良好(hǎo)(hǎo)支持衛星遙感的數據處理(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)工修飾後的模型進行紋理(lǐ)自動映射;

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

     6.軟件支持主從式分(fēn)布式運算(suàn),軟件在進行空三和建模運算(suàn)過程中不會影響和中斷軟件主界面的功能(néng)和操作(zuò)。

五、方案特點

     1.遙感影像覆蓋範圍廣、成本低(dī)而且較高的分(fēn)辨率所以能(néng)夠快(kuài)速獲取精确的數據。

     2.具有高度自動化(huà)的流程:模塊通過平差得到影像位置,實現(xiàn)提取三維點雲、三角面網格提取及紋理(lǐ)化(huà)的自動處理(lǐ)。

     3.高效率:1周-4周左右/一(yī)個(gè)城市(shì)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(dī)。僅需要極少的地面控制點就(jiù)可滿足低(dī)分(fēn)辨率實景三維模型的生(shēng)産需求。

     5.高精度:平差可調可控保證模型提取的幾何基礎;模型相對精度約為(wèi)5個(gè)像素,模型整體(tǐ)質量與獲取的多角度影像相關(guān),絕對精度與傳感器(qì)提供的初始精度相關(guān);利用控制點達到1.5-2m CE90 (即影像中90%以上(shàng)兩點之間(jiān)測得的結果與實測值之間(jiān)的誤差在1.5-2米以内)。

六、應用領域

      包括數字城市(shì),城市(shì)規劃,交通管理(lǐ),數字公安,消防救護,應急安防,防震減災,國土(tǔ)資源,地質勘探,礦産冶金(jīn)等,覆蓋建築設計,工程與施工,文物保護,文化(huà)遺産等各方面,應用前景非常廣闊。

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:非城區三維模型

圖:非城區三維模型