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城市级实景三维 技术方案介绍

  • 发布日期:2023-06-28      浏览次数:199
    • 将现实世界进行真实还原。"实景三维在数字城市、城市规划、交通管理、公共安全等场景有着广泛应用。根据自然资源部印发的《关于全面推进实景三维中国建设的通知》,到 2025 年,50% 以上的政府决策、生产调度和生活规划可通过线上实景三维空间完成。

      2019 至 2022 年期间,为响应国家加强农村宅基地管理、城中村治理、美丽乡村建设等战略,由东莞市自然资源局、政务服务数据管理局等多部门组织,东莞市地理信息与规划编制研究中心作为技术牵头单位,开展了基于大规模实景三维的农房管控与治理关键技术研究与应用项目,完成了两期东莞全域覆盖的倾斜摄影数据采集与实景三维建模工作。项目建成的东莞城市级实景三维成果,堪称实景三维中国应用的一大

      该项目由大疆行业合作伙伴深圳市武测空间信息有限公司、深圳市中科科地勘测地理信息有限公司等单位负责实施,外业采用大疆经纬 M300 RTK 等无人机采集数据,内业采用大疆智图集群版在内的软件处理数据,最终生成高精度模型,为东莞农房管理、城市设计、土地整备、交通规划等各类实景三维智慧城市应用提供良好支撑。

      2465 平方公里

      出动 26 架无人机采集数据
      东莞市,位于珠三角中心区、粤港澳大湾区的核心区域,是一座特大城市。东莞全市下辖 4 个街道、28 个镇,总面积达 2465 平方公里。

      该项目面积大,外业飞行时间窗口短,项目工期紧,精度要求高。根据项目要求,以倾斜摄影方式采集全市影像数据,分辨率优于 5cm;同时以贴近摄影测量方式采集城市 CBD 数据,分辨率优于 2cm,并配合后期处理实现对高层异构建筑的精准建模。

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      作业范围图

      东莞城区人口密集,地面建筑物和车辆集中,同时城区还是各种电磁干扰的聚集地,对无人机可靠性、安全性提出更高要求。经过综合考虑,项目组采用大疆经纬 M300 RTK 为主力机型在建成区作业,固定翼无人机在山区作业,通过智能规划航线自动飞行,数据采集稳定性强、速度快、效率高。

      在 2021 年第二期数据外业采集中,项目投入专业技术人员和航测人员共 200 余人,出动无人机 26 架,DJI P1 和 PSDK 五镜头相机在内的各类型航测负载 20 余台。

      9 大外业分区

      设置大重叠率,保障数据精度

      由于东莞地势东南高、西北低,山体海拔多在 200-600 米,平原海拔 30-80 米,地形起伏较大,城区高楼众多,为保证作业精度,项目组将东莞 2400 多平方公里分为 9 个外业飞行分区,每个分区边界各向外侧延伸 3-4 条航线,充分保障边界的数据成果。

      图片绿色为外业分区,紫色为内业分区

      参考《低空数字航空摄影规范(CH/T 3005-2021) 》,结合测区特点,外业航线规划南北走向。由于项目要求全区域地面分辨率优于 5cm,为严格保证成果精度,项目采用大重叠率:航向重叠率 80%,旁向重叠率 75%;高楼地区航向重叠率 85%,旁向重叠率 80%,并通过贴近摄影测量方式补拍数据。

      为保障精度及做成果检查,项目组布设 5000 余个像控点,每平方公里 1-2 点像控点。在分区的交界处,加密布设像控点,保障接边处数据精度。

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      像控点分布效果图样例

      在 2021 年的数据采集中,项目组 26 架无人机飞行 920 架次,飞行总航程 2.3 wanli,航拍照片数约 500 万张,采集数据量约 80TB。20 天作业时间内,依赖可靠性强大的经纬 M300 RTK,项目组实现零飞行事故。

      大疆智图集群版快速建模

      全区域分辨率优于 5cm
      为保证项目进度,外业采集无人机照片及控制点数据的同时,内业团队同步进行实景三维数据生产,项目采用大疆智图集群版在内的各类型建模软件共 200 余套,进行数据处理。

      考虑到区域的面积过大,全区整体运算会使机器负荷过大。项目组根据地面形状、照片数量和算法的能力,将东莞整个区域分成 156 个子项目分区,分别进行建模。

      以最大的第 155 块分区为例,该区域的总面积 32 平方公里,原始数据量 8 万余张,使用 20 台大疆智图集群版建模,2 天完成空三加刺像控点,5 天完成集群建模。


      作业成果模型录屏

      此次外业任务,考虑各分区地物特征,采用了多种不同相机搭配完成数据采集。多种相机的数据融合处理,对内业会带来一定挑战。大疆智图支持自定义相机参数,可在相机信息界面设定像主点位置、焦距、畸变参数、相机分组等,能够更好地实现各类相机数据的空三与重建。

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      大疆智图支持自定义相机参数

      在实景三维数据生产中,水面建模一直是业内难题。东莞市区河流纵横,湖泊众多,大疆智图三维重建支持水面自动修复,通过智能算法识别水面区域,自动在输出的三维模型成果中输出完整的水面模型,从而大幅减少后期修模工作量。

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      水面修模前

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      使用大疆智图,水面自动修模效果

      大疆航测新方案

      实景三维建设再提效

      基于实景三维东莞制作的全市倾斜摄影一张图、农房台账等成果,为农房管控与治理提供科技支撑,有效提升农房管控与治理能力及效率。同时,实景三维数据成果具备直观性强、分辨率清晰等特点,成果可以延伸拓展到住建、农业、轨道交通等多个相关领域,数据的共享使用可大幅节省数据建设成本、人力成本,具有巨大的推广价值和应用前景。

      对于此类大规模城市级实景三维数据获取,无人机作为新型测绘手段,具备机动灵活、经济高效、安全可靠的优势。与此同时,大疆行业航测方案也在不断革新:

      5 月 18 日,大疆发布行业旗舰无人机 M350 RTK,产品迭代升级。全新 O3 图传行业版 + 4G 增强图传,在城市和山区的复杂作业环境,飞行更安全可靠。全新的 TB65 智能电池,循环次数更高,如使用新电池,东莞实景三维项目的 920 架次飞行,可节省电池成本 3 万余元。


      5 月 25 日,大疆智图发布 V3.7.0 版本。大疆智图集群版稳定性得到进一步提升,集群版处理规模大,内业分区可实现更大面积的划分,大幅节省处理时间。智图 V3.7.0 版本还新增自动刺点功能,该项目数据处理的 5000 余像控点刺点工作,可节省半个月时间,极大提高效率。


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      DJI M350 RTK + DJI P1

      当前,实景三维中国正如火如荼建设中,深圳、上海、西安等城市实景三维建设成果颇丰。在这样的大背景下,大疆行业也将继续通过技术的革新与应用,助力实景三维中国建设,推动无人机及成果数据在各行业中的应用。

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