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倾斜摄影测量技术应用于地质灾害监测

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2018-12-05



无人机倾斜摄影测量通过在飞行载体上搭载多台航摄仪,在同步曝光控制下,同一时间从 4 个侧面和 1 个垂直面等不同的角度采集影像,通过这种多角度的方式,可以获取更为完整精确的地面物体的信息。运用倾斜摄影测测量技术,突破了传统正射航空摄影只能在垂直角度获得小时影像的局限性,能够真实地还原地物的本来面貌,而且机载平台运用先进卫星导航技术,可以获得准确的绝对地理坐标,通过控制点的绝对定向可以获取非常高的绝对精度,可以广泛用于各个行业。

 

无人机倾斜摄影测量技术流程 


倾斜摄影测量流程主要涵盖了以下几个方面:     

( 1)  高分辨率无人机倾斜数据获取。  

( 2)  像片控制测量,进行空三绝对定向。 

( 3)  立体模型生成。        

( 4)  基于密集匹配生成 DSM。    

5) 实景三维模型和 TDOM 生成。

 

1  无人机倾斜摄影

无人机倾斜摄影技术是将多台不同角度的航摄仪搭载在同一飞行平台上,并利用飞行控制系统携带精确导航信息和曝光控制器记录下来拍摄瞬间的飞行姿态,包括影像 POS 点位置、外方位元素等参数,可以实现从多个角度获取地面影像。航空摄影的实施过程一般包含航摄计划制定、航摄申请与审批、空中摄影实施、摄影处理、资料检查验收等环节。

 

2  像片控制测量   

像片控制测量根据技术设计要求在地面上提前布设地标点,使用网络 RTK 技术获取平面坐标和高程坐标,用于倾斜空三摄影测量的绝对平差。

 

三维建模生产   

三维建模生产采用 Acute 3D Capture 三维自动建模软件系统,该系统基于计算机图形运算单元 GPU 的快速自动三维场景运算软件,通过将倾斜航空影像数据、地面控制点数据导入 Acute 3D Capture 自动建模软件系统进行一系列运算处理,人工参与质量控制及三维模型编辑修饰工作,从简单连续影像生成逼真的实景三维场景模型。三维建模生产具体流程如图所示。     

 

      倾斜摄影技术流程.png

 

4   三维成果输出

使用 Acute 3D Capture 自动建模软件输出国际通用 OSGB 格式三维成果,它是由 Tile 分级文件夹构成的 Data 文件夹,每一个 Tile 分级文件夹里为不同 层 级 的 OSGB 模 型。在 ContextCapture S3C Composer 中通过建立 s3c 索引文件将 OSGB 格式瓦片数据联合起来,使之能通过 Acute 3D Viewer 加载浏览。

 

倾斜摄影三维成果案例.jpg

 

5    TDOM 数据微分纠正

利用匹配出的高密度 DSM 可以对倾斜影像进行逐像素的偏微分纠正,制作真正射影像。

 

基于倾斜摄影技术地质灾害监测的精度统计及应用


在精度方面,对近百个可能存在地质灾害的隐患点进行了基于倾斜摄影测量的监控,并制作了实景三维模型和 TDOM。

 

在应用方面,地质灾害突发后,救援人员需要到塌方地区进行现场踏勘地形制定救援方案,但由于灾区特殊的地质结构很容易发生二次灾害,救援人员很难爬上斜坡勘察地形。了解不到地震后的灾区地形,就无法制定救援方案,以及安置疏散受灾群众。应用无人机倾斜三维建模技术为地质灾害现场制作倾斜三维模型,从起飞到最后模型输出整个过程仅需几个小时,真实反映受灾情况,自带高程信息、纹理信息,可大大缩短指挥层了解灾区现场情况的时间,地质灾害应急工作组能够迅速作出可行的应急救灾方案。

 

实景三维模型可以清晰地展现坍塌房屋的全貌,房梁、柱子、地板都清晰可见。当倾斜摄影获取的倾斜数据地面分辨率优于 2 cm,生成的模型接近于人眼可接受的变形,能够真实还原实地原貌,如灾害点的山坡、电线杆、滚石等,经过后期处理制作三维模型、DSM、真正射影像等各种成果,灾害点的全貌一览无遗。经过绝对定位,整个模型具备可量测性,可以量测目标地物的长度、宽度、高度、面积、体积等。根据这些物体的长宽高,技术人员可以计算出滚石可能下滑的方向和力量、山体崩塌的方向、冲击力大小和距离的远近、挖填方大小等。决策层对次生灾害的预警及应急处理就有了更加详实准确的依据,对于灾民安置点的选择、灾后重建方案设计也可以进行优化,将地质灾害的损失减到最小,保证人民群众生命财产安全。

 

基于实景三维进行地质灾害预警与监测,可以通过无人机倾斜摄影获取的影像经过空三加密和绝对定向建立实景三维模型和真正射影像来进行,从而极大减少人工实地勘察的工作量,提高工作效率,同时通过实景三维模型可以非常直观反映地质灾害隐患点的地形地貌信息,为地质灾害隐患点预警及应急救援提供非常有力的依据。


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