无人机倾斜摄影 —家豪测绘创新转型必选之路 山西家豪测绘集团有限公司
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    无人机倾斜摄影 —家豪测绘创新转型必选之路


    无人机倾斜摄影

                             —家豪测绘创新转型必选之路

    一、前言

    测绘技术的发展促进了我国测绘地理信息事业的不断提升,以往的测绘技术面对广阔、复杂的地形地貌会存在很多缺陷,给测绘工作带来很大不便。同时我国城市化进程快速推进,城市三维模型逐步成为城市空间数据框架的重要内容,传统的测绘技术已经不能满足当前城市发展需要。

    近年来,随着无人机飞行平台的有效载重增加和价格的持续走低,使得倾斜摄影的硬件获取平台及传感器大面积推广,基于倾斜摄影的大比例尺地形测绘、工程项目宣传与辅助决策、景区与园林规划、BIM设计的基础测绘地理模型搭建等已广泛应用。近年来大量其他行业跨界人员日益涌入,摄影测量领域的从业者人员结构已从单一的摄影测量与遥感专业人员正在演变为摄影测量从业者、工程测量从业者、航模操控爱好者、影视航拍爱好者、普通跨专业设计人员等。当然大规模、高精度的倾斜摄影测量任务仍然由摄影测量从业者在做,毕竟涉及精度的产品与行业应用离不开摄影测量与地理信息系统开发工作。

    二、家豪测绘公司为何要引进无人机倾斜摄影?

    (1)测绘市场混乱,竞争激烈

    业内同行为了蝇头小利互相倾轧,造成了测绘地信市场的混乱和竞相压价,业务承揽越来越困难,数据越来越便宜,利润空间越来越小,甚至亏本,测绘公司面临前所未有生存危机。倾斜摄影技术,作为如今国际测绘遥感领域近年才发展起来的一项高新技术,业务领域在山西市场尚属空白,目前上马和其他公司竞争强度不大,并以此为契机拓展测绘业务领域,再造公司辉煌。

    (2)测绘业务萎缩,需求大量减少

    2011年以来,1∶5万地形图及DEM全部覆盖陆地国土,1∶1万地形图及DEM除西部部分区域外,基本覆盖陆地国土,1∶2000比例尺地形图基本覆盖了全国城镇地区,1:1000及1:500比例尺地形图基本覆盖主要城区。刚刚完成的两权调查和农经地确权已经将宅基地精确到户,农村承包地精确到地块。即将开展的第三次全国土地调查,重点调查土地利用现状及变化情况,包括地类、位置、面积、分布等状况;土地权属及变化情况,包括土地的所有权和使用权状况;土地条件,包括土地的自然条件、社会经济条件等状况。随着这些国家项目的开展,将进一步压缩测绘空间。因此,以后测绘任务主要集中在更新和小范围补测,以传统的技术手段难以胜任或成本过高,而倾斜摄影恰好能很好的完成此类任务。

    (3)转型创新需求

    倾斜摄影所构建的三维模型,可以替代航空摄影测量中的人工观测,降低了入门难度,淡化了专业需求,实现了更高精度、更快速度自动建模和智能测图。倾斜摄影技术的发展和推广,不仅仅使得空间信息从二维延伸到三维,更重要的是会给测绘领域带来变革,也必将催生行业应用的变革。伴随着这些变革,必然会对现有的技术、产品、市场、用户、应用、商业模式等带来冲击和变化。

    倾斜摄影所构建的三维模型及三维空间信息服务平台将成为行业应用的基础空间信息支撑,将是今后一种普遍采用的三维建模和测绘方法,是测绘领域里的颠覆式创新模式。业界专家断言:“倾斜摄影测量技术将会彻底颠覆当前的测绘技术和生产流程,包括DOM(数字正射影像图)、DEM(数字高程模型图)、DLG(数字矢量地图)在内的国家基础测绘成果都将成为倾斜摄影生产的副产品。”与此同时,互联网对于地理信息行业的渗透,将使这一行业面临更加激烈的竞争和变革,甚至将迎来行业的重新洗牌。

    三、倾斜摄影应用领域

    倾斜摄影技术优势体现在和人工建模的对比的三维模型构建上。倾斜摄影自动化建模所具备的“三高一低”(高效率、高精度、高真实感、低成本)的优势,将极大改变测绘地理信息在多个行业的应用,构筑出广阔的应用新模式。

    (一)倾斜摄影在智慧城市中的应用

    智慧的基础是真实,倾斜摄影为智慧城市的应用插上了“真实”的翅膀。具体而言,倾斜摄影在智慧城市中的应用可包括:

    1、分类查询

    通过配套矢量底面实现需要管理的各类地物的单体化,并赋予相应的属性信息。然后通过类别、区域、关键字等予以查询统计。

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    图1 分类查询

    2、规划压平,方案对比

    在规划应用中,可以在倾斜摄影模型上绘制特定区域,把该区域内的倾斜模型压平,以模拟拆迁后的状况。可提供多套方案的浏览、对比,辅助领导决策不同建设方案与当前城市实景的匹配度。

    3、规划设计

    支持直接在三维场景中添加规划的建筑、植被等设计数据,方便规划设计人员形成初步规划方案。

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    图2 方案对照

    4、日照分析

    根据太阳高度,分析判断楼房日照时间是否达到住建部的相关规定。

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    图3 阴影率统计

    5、摄像头监控

    可以运用倾斜摄影模型上标注摄像头的位置和朝向来确定所覆盖的程度,以及是否和应该在哪些位置增加新的摄像头。

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    图4 通视分析


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    图5 可视分析

    6、地表开挖,地上地下一体化

    支持把倾斜摄影模型的地表开挖,查看地下管线等设施的状态,实现地上地下一体化。

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    图6 虚拟管网示意图

    8、淹没分析

    根据监测点水位数据,结合倾斜摄影模型分析出城市积水区域及面积以及受淹的建筑。

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    图7 淹没分析

    (二)倾斜摄影在智慧旅游中的应用

    对于自然风光的三维建模,一直是一个难题,人工建模很难还原出大范围的自然风景,而用地形和影像则时效性和精细程度往往都达不到还原出风景的美观程度。而倾斜摄影技术由于其高分辨率和高真实感,能真实立体的还原自然风景的状况。有利于景区特别是地质遗迹的保护、科普知识的宣传和直观展示自然风光,从而吸引游客前往观赏。

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    图8 虚拟三维景观

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    图9 长城实景三维景观

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    图10 太原拱极门实景三维景观

     (三)倾斜摄影在不动产登记中的应用

    随着《不动产登记暂行条例》正式施行,无人机与倾斜摄影、三维建模技术相结合,成为最新的市场热点。由于具备快速高效低廉的特点,无人机与倾斜摄影、三维建模技术组成的“三剑客”,极大程度的改变着传统测绘行业,极有可能颠覆传统测绘行业,在国土资源、农业、工业等众多领域发挥作用。

    经过验证(中正公司提供数据及加油站实测数据),基于倾斜摄影技术获取的模型点平面位置精度、高程精度误差均小于0.15米,完全满足《1:500外业数字测图技术规程》需求。

    无人机倾斜摄影用于不动产登记,通过获取正射影像图,建立三维模型,辅助外业指界签字调查,图上进行坐标量测,形成矢量图形,辅助外业进行修补测工作等一系列工作,极大程度上提高了不动产登记的效率。

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    图11 居民区平面分布图

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    图12 楼房座落

    (四)倾斜摄影在精细管理中的应用

    在城市精细化管理中,管理到每一栋建筑物的粒度往往是不够的,而是要求能精细到楼房的每一层、甚至每一户房间。这就对三维模型提出了更高的要求,人工建模即便能实现,代价也是巨大的,需要对每一户房间单独建模才行。

    倾斜摄影模型加上带有高度信息的分层分户图,可以做到每个建筑物每层楼甚至每一户房间的管理,包括查询和各类统计分析能力,再关联上户籍和人口信息库,这样户籍信息管理就可以和真实世界关联在一起,而不再只是数据库中孤立的信息了。

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    图13 房产精细管理

    (五)倾斜摄影在应急救援中的应用

    应急救援行业是为了预防和控制潜在的事故或紧急情况发生时,迅速有序的做出应急准备和响应,最大限度地减轻可能产生的事故后果。在做出应急决策时,首要条件是对发生事故的位置的地形地貌有一个全面了解,遥感影像满足要求,因现场环境情况的变化,对影像数据的获取时间、范围、精度、生产效率及分析应用都有极高的要求,而倾斜摄影不论在起飞场地、飞行时间上,还是在数据生产效率、数据精度等方面都完全满足应急救援的需求。例如在地震救灾中,抗震救灾指挥部除了可以利用遥感现势图研判灾害形势外,还多了一个救援利器——震区三维实景图,通过切换各种视角,实现了对震区各个方位的观测,为制定下一步的救援方案以及防止次生灾害的发生提供了极大便利。

    (六)倾斜摄影在其他领域的应用

    综合倾斜摄影建模的诸多优势,还可以在其他领域开创出多种新的应用。

    1、在电力巡检、移动基站选址等应用中,需要真实的、带有建筑等全要素的三维地表信息作为基础底图参考,用传统地形加影像的方式很难达到其精度要求,并且也无法做到全要素覆盖,那么倾斜摄影模型就非常符合这类应用的需要。

    2、在城乡拆迁重建时,也可以利用倾斜摄影建模来完整准确的获取拆迁前各类建筑的真实状况,以作为后续赔偿乃至纠纷发生时的客观依据。

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    图14 太原大同路加油站房产三维实景图

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    图15 阳曲基地房产三维实景图

    3、倾斜摄影模型实质上就是带有建筑物等各类地物的数字地表模型,完全可以取代传统地形加影像所发挥的作用,且精度更高、时效性更强。例如露天煤矿的容量统计、推平山头或填平山谷所需要的土方量计算,都可以基于倾斜摄影模型来完成。甚至还有人尝试基于倾斜模型来评估农作物的生长情况,从而预估其产量。

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    图16 富力城土方量计算

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    图17 地物采集

    四、结束语

    可以预测,随着倾斜摄影技术的进一步发展,精度、效率、成本上的优势进一步增强,原有的很多应用都将迁移到倾斜摄影技术上,并且还将继续开拓出更多新的应用模式。

     


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