衛星影像也能實景三維建模——用三維遠觀地球

2021-02-25 GIS前沿

 

經濟的快速增長,對地理信息的需求也在不斷增大。空間信息的應用已經逐漸從二維到三維上進行轉變。在三維場景中,地物的表達更詳盡,對各種應用和分析的支持度會更好。

傳統的實景三維模型都是通過由航片獲取,在遇到航空管制或者飛行困難區域,數據獲取本身會有一定難度。另外,對於大面積小比例尺的三維模型獲取時間太長,運算效率慢,難以滿足大場景實景三維建設的需求。

從衛星影像上獲取三維模型的方式,數據獲取不受限制,可以快速獲取大範圍的三維模型。像素工廠從16年開始已經具備衛星三維生成技術,如今已經用於實際生產項目當中,成為一種成熟的解決方案。

  本文就像素工廠的衛星三維技術,以及一

些用戶案例做一些介紹。

衛星三維跟航片三維一樣,需要有不同角度的數據進行拍攝。因此必須使用立體像對。要想有一個比較好的三維效果,最好使用亞米級的衛星影像。

      理想的數據獲取情況為3個三像對以及兩個傾斜單景,從而可以保證對地物有不同角度的拍攝。如圖絳紅色表示的是三像對的拍攝角度,綠色代表的是單景獲取。

在非城區可以降低這個要求。也可以使用存檔數據,但是效果在相應程度上會有所折扣。

衛星三維在像素工廠的生產流程非常簡單,按照正常的衛星處理流程對影像做完空三之後,進行DSM匹配。DSM匹配之後,基於點雲構建TIN,然後自動貼取紋理,最後生成LOD打包輸出。  

界面非常簡潔,可以選擇在建模之前對DSM進行內插和自動去噪。

如果數據獲取不理想,可以對DSM進行編輯。在數據獲取較好的情況下,可以進行全自動處理,無需編輯。

Pleiades系統是由空中巴士防務和空間提供的雙系統(Pleiades 1A和Pleiades 1B),可以提供0.5米解析度的圖像。 該系統可以提供高解析度的立體像對,可以調節不同角度進行編程,而且具備三像對功能,是計算衛星三維的理想數據。在案例中我們均使用了Pleaides數據進行計算。

總共使用11景Pleaides影像,其中包含三個三像對以及2個單景。獲取時間從2018年6月23到9月份。區域總面積為300平方公裡。無控制點,使用SRTM為高程參考信息。

該項目是18年由Airbus發起,決定在18年年底之前完成包括雪梨,杜拜,孟買,曼哲拉,德裡,舊金山等25個城市的三維模型,由匈牙利生產團隊完成。

在生產之前給生產團隊提供了兩周的培訓,第一個完成的城市是洛杉磯,用了4周。之後每個項目都在三周之內完成整個流程:導入數據,項目管理,使用機場控制點庫進行空三,自動計算TIN(平均40小時),DEM質檢和編輯,生成整個三維模型。

可提供工業級的城市三維解決方案,高自動處理,高生產效率(400平方公裡的一個城市整個生產流程在3周之內完成),高精度(1.5~2m)。比人工建模快10倍,幾何和紋理一致,同時可以生產測繪產品級別的正射,真正射和DSM。

  1)從效果上來說,與傳統的DTM+正射影像相比,實景三維模型更精細(圖片以及信息由河北省第三測繪院提供)。

在DTM和正射影像上無法正確表達的橋等地物,在衛星三維上也可以很好地表達出來。

 2)從精度上來說,依託於Pleaides衛星本身的精度,可以進行無控生產。平面中誤差可以達到0.7m,高程中誤差達到0.35m,大幅度減少外業工作。

  3)從數據獲取上來說,衛星過境僅受天氣等客觀因素限制,不需要實地拍攝,無需申請空域,即使是在西部等困難區域也可以進行拍攝。

  4)從計算效率上來說,對於小比例尺的三維模型,衛星影像計算速度會高效很多。

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