2016地信科技互联研讨会倾斜摄影与三维扫描测绘行业应用

倾斜摄影与移动三维扫描测绘行业应用报告人：谢洪倾斜摄影技术及行业应用21、倾斜摄影概述倾斜摄影成像特征31、倾斜摄影概述多视角、信息丰富大倾斜角大旋转角尺度变化剧烈遮挡严重光照差异……41、倾斜摄影概述51、倾斜摄影概述GPS

&

IMU+飞行高度

500-1000mGSD：5-20cm倾斜摄影典型硬件框架61、倾斜摄影概述主流倾斜摄影系统ADS40SWDC-5A3TOPDC-5UltraCam

OspreyPictometry71、倾斜摄影概述主要性能参数8厂商(国家)Pictometry(美国)Track’Air(荷兰)IGI（德国）LeicaGeometric(瑞士)中测新图

(中国)品牌pictometryMIDASPenta-DigiCamRCD30TOPDC-5像幅尺寸4872*32485616*37448956*67088956*670810320*7752焦距/mm65/8550/50/8050/8047/80、72/100旁向/

航向视场角31o

/20.9

o39.5o

/26.9o56.5o

/43.89o56.5o

/43.8o59.4o/46.4

o采集模式3/5镜头拍摄5镜头拍摄5镜头拍摄5镜头拍摄5镜头同步拍摄重量N/A70kg55kg42kg42kg单相机可量测性否否是是是快门/s1/200~1/1000N/A1/800~1/125N/A1/1000存储器容量0.6~3TB750GB500GB1200GB

SSD1024GB

SSD数据获取速度N/AN/AN/A1Pic/2.5s~3.0s1Pic(500M)/2.5s2、数据处理流程与关键技术倾斜摄影成图处理流程倾斜影像空三密集匹配点云生成表面模型重建正射影像生成多视影像匹配带权观测值区域网平差9核线影像生成半全局匹配视差影像融合点云滤波、平滑TIN三角网生成DSM生成正射纠正影像拼接匀光倾斜影像建模处理流程2、数据处理流程与关键技术10倾斜影像空三密集匹配表面模型重建三维建模11点云滤波、平滑TIN三角网构建、纹理映射DSM生成核线影像生成半全局匹配视差影像融合多视影像匹配区域网平差交互式半自动建模自动三维重建2、数据处理流程与关键技术难点分析2.1、倾斜影像空三连接点自动提取最小二乘平差12解决方案2.1、倾斜影像空三连接点自动提取最小二乘平差132.1、倾斜影像空三142.2、倾斜影像密集匹配密集匹配特点匹配代价计算（matching

cost

Computation）代价聚合（cost

aggregation）视差估计（disparity

computation）视差优化（disparity

refinement）15参考影像0313匹配影像031116匹配影像0312匹配影像0314匹配影像0315基于SGM算法的立体像对密集匹配实验2.2、倾斜影像密集匹配2.2、倾斜影像密集匹配基于SGM算法的立体像对密集匹配实验172.2、倾斜影像密集匹配182.3、3DTIN模型重建滤波后点云19TIN三角网构建三维实体表面模型纹理映射后三维模型2.3、3DTIN模型重建20倾斜多视影像几何建模：交互式半自动建模212.4、多视倾斜影像的单体化建筑三维重建多视红青立体采集垂直与倾斜联合空三--自动匹配获取空三连接点数字三维模型倾斜影像-建筑物纹理贴附倾斜多视影像几何建模：交互式半自动建模222.4、多视倾斜影像的单体化建筑三维重建倾斜多视影像几何建模：交互式半自动建模2.4、多视倾斜影像的单体化建筑三维重建232.4、多视倾斜影像的单体化建筑三维重建进一步需求：自动解译建筑物侧面和顶面信息，挂接属性信息需要解决的问题：特征提取，检测判断242.5、国内外软件系统——Street

Factory252.5、国内外软件系统——Smart

3D

Capture262.5、国内外软件系统——Pictometry重叠区域核线影像272.5、国内外软件系统——Track'

Air重叠区域核线影像282.5、国内外软件系统——IGI重叠区域核线影像292.5、国内外软件系统——Geo-Vision303、典型行业应用数字正射影像DOM数字线划图DLG数字高程模型DEM三维城市模型数字表面模型DSM三维纹理数据313、典型行业应用新农村规划电力巡线泥石流森林火灾火山监测滑坡与塌方调查323、典型行业应用334、华测低空倾斜摄影解决方案自主研发5相机倾斜相机，一体化设计，整机重量3.9KG；Wifi模块远程控制以及实时图传功能设备关键参数如下：续航时间：优于30min；焦距：16mm；相幅尺寸：5456*3632；相机倾角(倾斜)：45°；相机视场角(航向)：70.4°；相机视场角(旁向)：50.4°；存储容量：64G*5；34自主研发倾斜空三软件全自动大范围：>2000张高精度连接点自动提取支持高分辨率影像支持有/无控制点支持各种倾斜系统……354、华测低空倾斜摄影解决方案自主研发倾斜空三软件364、华测低空倾斜摄影解决方案自主研发倾斜空三软件4、华测低空倾斜摄影解决方案37组装轻量型38控制方案影像数据GSD/cm检查点数连接点提取耗时/min平差耗时/min像点数目连接点数RMSE精度/m平面高程0控制点下视4.0145.48/0.12/0.020.18378162254400.4630.15981.9831倾斜39.38/9.13/0.552.186811551533790.7860.11021.04091中心点下视4.0135.48/0.12/0.020.2278162254400.4630.24770.2141倾斜39.38/9.13/0.552.336811551533790.7860.08970.09962对角点下视4.0125.48/0.12/0.020.2078162254400.4630.14510.2779倾斜39.38/9.13/0.562.376811551533790.7860.07550.11453角点下视4.0115.48/0.12/0.020.2078162254400.4630.15800.2868倾斜39.38/9.13/0.531.936811551533790.7860.03120.09054角点下视4.0105.48/0.12/0.020.2078162254400.4630.11100.2584倾斜39.38/9.13/0.551.936811551533790.7860.03080.08034、华测低空倾斜摄影解决方案0.15980.247650.145050.1580.1110.110150.089650.075450.031150.03081.98310.21410.27790.28680.25841.04090.09960.11450.09050.08030

控制点1

中心点3

角点4

角点空三精度（米）2

对角点区域网平差控制方案下视与倾斜影像空三精度对比下视水平精度 倾斜水平精度 下视高程精度倾斜高程精度4、华测低空倾斜摄影解决方案39半自动建模多视测量保证精度多视影像套合检验精度多种模板工具提高效率多源数据联合重建全自动纹理映射多源数据综合管理……多视倾斜建模软件404、华测低空倾斜摄影解决方案移动三维扫描测量技术42智慧地球下的信息化测绘需求互联网地图、智能交通、数字城市、数字城管、智慧城市、智慧地球等高速发展，对空间信息获取提出新要求：更 新

快类 型

广品

质

高信息更新快信息需求及类型广高精度高品质智慧地球下的信息化测绘需求传统数字化测量工具和手段存在劳动强度大、效率低、信息类型单一等问题，难以适应智慧城市、智慧地球发展背景下的新时代信息需求。激光扫描仪、CCD、定位定姿POS等多传感器的出现与快速发展为高效率、高精度、多源化信息采集奠定了技术基础，集成了“3S”技术的移动测量技术应运而生，并在近十年间取得迅速发展和不断深化拓展应用。1、移动三维扫描测量系统▋移动三维扫描测量系统：一个基于激光扫描、POS系统、CCD等多种传感器与技术集成的测量和信息采集移动平台，该系统将GPS、GIS、RS以及LS（Laser

Scanning）技术进行有机的结合；▋实时、快速的提供目标空间位置，实时或准实时的提供目标及其环境的语义或非语义信息，支持多源时空数据的综合处理与集成管理；▋按需灵活集成多种不同类型或类别传感器，形成适用于测绘成图、城市管理规划、国防军事等不同领域的系统和产品；1、移动三维扫描测量系统IMU/GPS—POS系统车轮编码系统激光扫描传感器CCD传感器集成控制系统系统构成与特点47系统构成与特点★多传感器按需灵活集成48系统构成与特点★多样化搭载平台492、多源数据处理关键技术全景点云多源数据处理与生产应用街景发布地形测绘三维模型绝对坐标和姿态定位设备（GNSS）惯性设备（IMU）激光设备全景相机激光数据全景影像融合处理50多源数据融合扫描仪与全景相机标定51全景影像拼接与拓扑构建点云解算与影像融合点云解算与影像融合多源数据融合52点云解算与影像融合★深度图生成53多源数据融合全景影像拼接与拓扑构建六镜头D3100拼接融合所得的全景图像54多源数据融合海量多源数据综合管理点云数据结构组织全景影像数据数据应用以及服务层专有网络服务器B/S发布平台测区划分、作业规划与数据采集数据库结构层以及数据驱动接口点云扫描数据全景数据库结构组织全景影像数据结构组织多尺度数据组织与切片切片影像数据编码构建八叉树LOD结构八叉树节点编码测区网格编码A1测区网格编码A2测区网格编码A3测区网格编码A4测区网格编码B1测区网格编码B2测区网格编码B3测区网格编码B4测区网格编码C1测区网格编码C2测区网格编码C3测区网格编码C4测区网格数据库表空间测区元数据信息描述表点云轨迹索引表全景数据索引表逻辑访问接口层工作底图数据库全省1：10000数字正射影像库（DOM）全省1：10000数字线划图库（DLG）数字正射影像库驱动接口数字线划图库驱动接口点云数据索引表C/S管理平台▋利用数据库对海量级别的全景影像及点云数据进行有效的组织管理，并设计合理的数据库结构，以满足后期的基于

C/S结构软件平台的高效数据调度与浏览、坐标量测、信息查询、标注等多样化应用功能需求。55点云信息提取与三维重建点云数据分割与分类56点云数据分割与分类★结合SVM以及规则集的面向对象分类方法城市典型目标点云平面分割特征57点云信息提取与三维重建点云数据分割与分类★结合SVM以及规则集的面向对象分类方法建筑主立面建筑附属地面灯柱树木汽车其它58点云信息提取与三维重建点云数据分割与分类★结合SVM以及规则集的面向对象分类方法点云信息提取与三维重建59点云数据分割与分类★基于扫描线的点云分类分类后建筑分类后树木原始激光点云进一步的研究方向在于将不同分类方法有机结合，引入机器学习方法提高基样于本扫训描练线的可分靠类性方，法并通针用对性不不同强类，型分类数结据果和依分赖类于要扫求描，方形式成，数定据制质化量的要求高，但效率快，对建筑与杆状类目标的提取可靠性高。分类流程60点云信息提取与三维重建点云特征信息提取联合强度与结合特征的道路标识线提取点云信息提取与三维重建61点云三维重建★多层次混合建模复杂场景无法采用统一模型来表达建筑立面树木及灯柱地面光滑曲面多在层分次类混基合础建上模策略TIN或DEM模型立面拟合+RAG+窗户检测+编辑Billboard

+模型种植多层次智能模型识别+模型拟合点云信息提取与三维重建62点云三维重建★基于点云数据的地面DEM生成点云信息提取与三维重建63点云三维重建拓扑交边处理RAG结构64★基于数据驱动的建筑立面重建点云信息提取与三维重建点云三维重建点云信息提取与三维重建65点云三维重建点云信息提取与三维重建66点云三维重建▋地面扫描场景非常复杂(目标特征丢失)，目前只能实现典型目标或简单场景的自动化建模，能够很大程度的降低后续交互编辑耗时但还不能完全替代。后期精细建模依然需要利用AutoCAD、3DMax、Sketchup等模型编辑软件67进一步的研究方向在于：联合多种技术手段提高点云数据的完备性引入更为复杂的如旋转或对称重复语义描述模型进一步提高场景重建智能化程度与图像处理与模型重建相结合流程化、定制化、模块化的面向应用专业解决方案点云信息提取与三维重建移动测量数据处理软件▋标定、数据融合、数据发布等预处理软件：多源数据处理涉及的理论与算法复杂多样，而且针对多样化应用的传感器与平台配置各不相同，预处理阶段涉及的数据格式与类型、标定模型等不一致，预处理软件多为硬件随机软件，尚无通用的解决方案；▋面向车载分类与信息提取后处理软件：针对通用点云格式的后处理，目前在测绘领域常用的有Terrasolid、Cyclone、RealWorks、RiscanPro、PointTools、PointCloud、Phidias、Pointshape、PolyWorks、Geomagic等国外软件，而国内则主要有华测点云处理软件系列、四维软件SSW系列、立德LD系列、中海达iScan系列等移动测量系统处理平台；68★多领域多样化应用道路类应用道路地形测量隧道测量道路设施测量铁路轨道测量道路检测林木类应用树冠重建树木直径测量树木三维建模水利电力类应用海岸监测河流地形测量河道地形变化检测电力线测量城市测绘应用城市测量数字城市城市规划693、典型行业应用70★多领域多样化应用公路应用桥梁应用铁路应用城市点云城市规划数字城市测图应用导航应用3、典型行业应用高速公路工程应用3、典型行业应用713、典型行业应用72数字测图生产3、典型行业应用73三维模型重建3、典型行业应用74三维模型重建3、典型行业应用75城市部件普查3、典型行业应用76城市规划3、典型行业应用77互联网街景地图应用3、典型行业应用78三维全景PGIS应用3、典型行业应用79数字水利工程3、典型行业应用80数字水利工程3、典型行业应用813、典型行业应用823、典型行业应用834、华测移动三维测量综合解决方案该方案主要由一套360°高清全景相机、一台Rigel三维激光扫描仪及一套高等精度的惯性定位定姿系统（POS）构成。该系统主要应用于地形测量、矿山测量、水利测量、智慧城市、智慧交通、街景地图等领域。设备关键参数如下：84••••••扫描距离900米绝对精度：5cm全景相机-分辨率：不低于7000万像素扫描频率：10-200HZ角度分辨率：0.001°存储容量：内部存储500G，可扩展。4、华测移动三维测量综合解决方案参数技术指标飞行时间15-20min飞行速度<10m/s测量精度5cm-10cm相机分辨率≥2000万飞行范围1.5公里控制方式无线控制整机重量9.0kg风力限制≤5m/s飞行高度<120米测距范围≤90米连续拍摄模式3张/秒操作方式自动/手动航线规划Google、Bing影像起飞重量9.0Kg

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14.0Kg85★地图导航★全景漫游★点云浏览★兴趣点采集★目标量测★与AutoCAD集成，专注CAD成图★点云调度与渲染★基于点云的DLG成图★地形测图★生成剖面图★海量数据处理★点云量测★数字成图（成果可导入CAD）★初等建模（成果可导入3DMAX）★生成等高线满足数据管理、网络发布、数字成图、三维建模、DEM生成、兴趣点采集、目标量测等多样化需求★全景漫游与点云渲染★兴趣点采集★基于模型库的三维建模★兴趣点浏览与导航★网络全景发布★室内全景导航864、华测移动三维测量综合解决方案车载多源数据预处理软件4、华测移动三维测量综合解决方案87车载点云数据综合数据处理软件894、华测移动三维测量综合解决方案AutoCAD平台下点云成图与建模软件924、华测移动三维测量综合解决方案点云与全景网络发布软件944、华测移动三维测量综合解决方案4、华测移动三维测量综合解决方案获取高速主路、匝道、收费站、主要地方路原有标牌位置、尺寸和样式及场景信