CN114842142A - 一种应用于配网低压线路全景透明用户报装的空地一体联合建模方法 - Google Patents

一种应用于配网低压线路全景透明用户报装的空地一体联合建模方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于配网低压线路全景透明用户报装的空地一体联合建模方法，在原有航空影像空三工程中选取该街道位置的连接点作为控制点，将地面影像进行匹配处理，再将选取的点进行刺点，在刺点完成并优化后，导入空三并得到地面影像定向成果，将地面影像定向成果与航空影像工程合并得到合并后的工程，将计算后的成果与航空影像空三成果合并，得到空地一体化实景三维模型，通过把天空远景与地面近景观测到的N组数据相对进行特征匹配，同步叠加到经过空三构网处理后的三维模型上，使地面观测的信息量有效地用于时空多变要素的估计，实现了快速建模技术与高清影像的融合，三维粗模到二维高清影像的同步并行更新。

Description

一种应用于配网低压线路全景透明用户报装的空地一体联合 建模方法
技术领域
本发明涉及配网低压线路技术领域，尤其涉及一种应用于配网低压线路全景透明用户报装的空地一体联合建模方法。
背景技术
使用倾斜摄影测量技术进行实景三维测绘生产过程中，因倾斜角度及遮挡等原因导致底商部分拉花模糊，影响实景三维模型质量。为保证影像的时空特征满足用户需求，需要对测量区域进行传统测绘，得到控制点集对影像进行校正，测图区域过大会导致控制点测量所耗费的人力物力增多，后期数据处理难度与工作量增大。随着倾斜摄影测量技术的不断发展，倾斜摄影测量的应用越来越广泛。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种应用于配网低压线路全景透明用户报装的空地一体联合建模方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种应用于配网低压线路全景透明用户报装的空地一体联合建模方法，包括以下步骤：
S1：在原有的航空影像工程中选取街道位置的连接点作为控制点，利用航空倾斜摄影系统获取待建模区域的多视角倾斜航空影像和同步记录的机载POS数据，多视角倾斜航空影像包括正视角航空影像和侧视角倾斜航空影像，利用车载移动测量系统获取待建模区域的车载移动测量影像和同步记录的车载POS数据，车载移动测量影像包括车载数字相机在车辆行驶过程中获取的影像；
S2：将地面影像进行匹配处理，再将选取的控制点进行刺点，对多视角倾斜航空影像和机载POS数据进行处理，依次获取待建模区域的数字表面模型数据、数字高程模型数据和数字正射影像数据，对车载移动测量影像和车载POS数据进行处理，获取所述车载移动测量影像的定向元素；
S3：在刺点完成并优化后，导入空三并得到地面影像定向成果，针对各个建筑物，将该建筑物的各个顶点投影至正视角航带影像中，获取建筑物顶面纹理，正视角航带影像为倾斜摄影飞行航带中所有正视角航空影像的影像集合，另一方面从侧视角倾斜航空影像中选取成像角度最佳且无遮挡的影像作为建筑物侧面纹理；
S4：将地面影像定向成果与航空影像工程合并得到合并后的工程，将合并后的工程进行实景三维模型构建，得到空地一体化实景三维模型，对空地一体化实景三维模型集成显示，对航空影像动态无缝配准，自动检索并多角度观察目标，对航空影像进行精确量测，对模型进行分类管理和属性连结，对航空影像视频进行叠加，对透视信息进行标注；
S5：把天空远景与地面近景观测到的N组数据相对进行特征匹配，同步叠加到经过空三构网处理后的三维模型上，即基于N组数据特征匹配像对在三维模型上的反演技术提出，使地面观测的信息量有效地用于时空多变要素的估计，天空观测中的信息有效分配给这一复杂系统中的时空多变参数，实现了快速建模技术与高清影像的融合，三维粗模到二维高清影像的同步并行更新。
进一步，所述步骤S1中航空倾斜摄影技术采用垂直起降式无人机，既具备旋翼无人机的垂直起降能力，同时具备固定翼无人机的大载荷和长航时特点，对于无人机航摄系统，地面分辨率与相对航高有如下关系：
Figure BDA0003610829030000021
式中，a为像元尺寸，f为相机焦距，H为相对航高。对于同一相机、选用的摄影镜头一定，则像元尺寸和相机焦距是固定的，只能通过改变相对航高来获取所需地面分辨率。相对航高越低，地面分辨率越高。
进一步，所述步骤S2中采用影像POS辅助空三解算，包括特征点提取、影像匹配、多视角影像光束法平差等过程，本专利基于POS系统提供的影像初始外方位元素，优化了原始两两匹配的影像匹配策略，提升了匹配效率，实现了同名特征点的快速提取。
根据同名特征点，建立区域网平差的误差方程，进行多视角影像联合平差，解算所有影像相对位置和姿态，以及加密点坐标：
Figure BDA0003610829030000022
Figure BDA0003610829030000023
式中，u，v为像点的相平面坐标，u0、v0、f为影像的内方位元素，Xs、Ys、Zs为摄像机的地面辅助坐标系中的坐标，X、Y、Z为物方点的地面辅助坐标系中的坐标，ai、bi、ci(i＝1,2,3)为影像的3个外方位角元素组成的9个方向余弦。
进一步，所述步骤S3中进行实景三维模型构建的软件是DP-Smart软件。
进一步，所述步骤S3中进行实景三维模型构建包括创建空地联合自动化建模工程、导入影像、导入POS数据、对航空影像地面影像进行空中三角测量、转刺空地同名点、对空三工程进行优化平差。模型中平面误差计算公式：
Figure BDA0003610829030000031
Figure BDA0003610829030000032
Figure BDA0003610829030000033
模型高程中误差计算公式：
Figure BDA0003610829030000034
式中Δx、Δy、Δh为网络RTK坐标模式与实际测量坐标值之差。式中n为采集点坐标数量，m为模型平面误差，mx，my分别是平面误差在二维坐标系下x轴、y轴分量，Δx、Δy、Δh为网络RTK坐标模式与实际测量坐标值之差，mh为模型高程误差。
进一步，所述空地一体化实景三维模型还包括增强现实系统，增强现实系统将倾斜摄影采集的航空影像，通过海量时空数据库的一体化调度管理，提供全方位自由观察的真实场景照片管理器，实现影像与三维数据的无缝配准，提升全方位的视觉感受。
进一步，所述增强现实系统通过计算当前相机姿态和影像空三数据的匹配关系，找到最佳的影像进行加载，同时采用渐变切换的方式解决影像姿态和三维场景姿态不完全匹配的调度效果问题。
进一步，所述影像空三数据为获得层次遍历以及能够实现基于物体空间和图像空间的剔除，需要将场景信息按空间数据结构组织化。
进一步，所述影像空三数据需进行空间索引的建立，并根据索引进行影像数据的空间检索和匹配。
进一步，所述影像空三数据的在场景制作中，由于贴图量及模型量的负荷，需要将整个场景分成不同级别的类型进行分级制作，以解决资源的最佳配置，保证场景调度的效率。
进一步，所述影像空三数据在获取时，保证左右相机在行进方向的重叠度为80％左右，设定一定的采样距离间隔，将设计的采集系统安置在移动载体上，摄影前进过程中，通过集成控制器按照设定的距离或时间间隔进行影像数据采集，采集的影像数据可较为清晰地记录建筑物侧面纹理。
进一步，所述步骤S1在实施前需要进行航线规划和空域检查，所述控制点的布测原则包括：为像片控制点可按照航线在整个测区内进行统一布设；无人机航拍影像之前应在困难区域地面上设置较为明显的标记作为控制点，以提高控制点可靠性；一般情况下，像控点应该布设在相邻像对或相邻航线之间的重叠部分。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中，在原有航空影像空三工程中选取该街道位置的连接点作为控制点，将地面影像进行匹配处理，再将选取的点进行刺点，在刺点完成并优化后，导入空三并得到地面影像定向成果，将地面影像定向成果与航空影像工程合并得到合并后的工程，将计算后的成果与航空影像空三成果合并，得到空地一体化实景三维模型，通过把天空远景与地面近景观测到的N组数据相对进行特征匹配，同步叠加到经过空三构网处理后的三维模型上，即基于N组数据特征匹配像对在三维模型上的反演技术提出，使地面观测的信息量有效地用于时空多变要素的估计，天空观测中的信息有效分配给这一复杂系统中的时空多变参数，实现了快速建模技术与高清影像的融合，三维粗模到二维高清影像的同步并行更新；
2、本发明可以大大提高近景建模影像数据的获取效率，采集的影像能满足内业自动空三计算的条件。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和前述的权利要求书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明的方法流程图。
具体实施方式
以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，本发明的一种应用于配网低压线路全景透明用户报装的空地一体联合建模方法，包括以下步骤：
S1：在原有的航空影像工程中选取街道位置的连接点作为控制点，利用航空倾斜摄影系统获取待建模区域的多视角倾斜航空影像和同步记录的机载POS数据，多视角倾斜航空影像包括正视角航空影像和侧视角倾斜航空影像，利用车载移动测量系统获取待建模区域的车载移动测量影像和同步记录的车载POS数据，车载移动测量影像包括车载数字相机在车辆行驶过程中获取的影像；
本实施例中，航空倾斜摄影技术采用垂直起降式无人机，既具备旋翼无人机的垂直起降能力，同时具备固定翼无人机的大载荷和长航时特点，对于无人机航摄系统，地面分辨率与相对航高有如下关系：
Figure BDA0003610829030000051
式中，a为像元尺寸，f为相机焦距，H为相对航高。对于同一相机、选用的摄影镜头一定，则像元尺寸和相机焦距是固定的，只能通过改变相对航高来获取所需地面分辨率。相对航高越低，地面分辨率越高。
S2：将地面影像进行匹配处理，再将选取的控制点进行刺点，对多视角倾斜航空影像和机载POS数据进行处理，依次获取待建模区域的数字表面模型数据、数字高程模型数据和数字正射影像数据，对车载移动测量影像和车载POS数据进行处理，获取所述车载移动测量影像的定向元素；
本实施例中，采用影像POS辅助空三解算，包括特征点提取、影像匹配、多视角影像光束法平差等过程，本专利基于POS系统提供的影像初始外方位元素，优化了原始两两匹配的影像匹配策略，提升了匹配效率，实现了同名特征点的快速提取。
根据同名特征点，建立区域网平差的误差方程，进行多视角影像联合平差，解算所有影像相对位置和姿态，以及加密点坐标：
Figure BDA0003610829030000052
Figure BDA0003610829030000053
式中，u，v为像点的相平面坐标，u0、v0、f为影像的内方位元素，Xs、Ys、Zs为摄像机的地面辅助坐标系中的坐标，X、Y、Z为物方点的地面辅助坐标系中的坐标，ai、bi、ci(i＝1,2,3)为影像的3个外方位角元素组成的9个方向余弦。
S3：在刺点完成并优化后，导入空三并得到地面影像定向成果，针对各个建筑物，将该建筑物的各个顶点投影至正视角航带影像中，获取建筑物顶面纹理，正视角航带影像为倾斜摄影飞行航带中所有正视角航空影像的影像集合，另一方面从侧视角倾斜航空影像中选取成像角度最佳且无遮挡的影像作为建筑物侧面纹理；
本实施例中，进行实景三维模型构建包括创建空地联合自动化建模工程、导入影像、导入POS数据、对航空影像地面影像进行空中三角测量、转刺空地同名点、对空三工程进行优化平差。模型中平面误差计算公式：
Figure BDA0003610829030000061
Figure BDA0003610829030000062
Figure BDA0003610829030000063
模型高程中误差计算公式：
Figure BDA0003610829030000064
式中Δx、Δy、Δh为网络RTK坐标模式与实际测量坐标值之差。式中n为采集点坐标数量，m为模型平面误差，mx，my分别是平面误差在二维坐标系下x轴、y轴分量，Δx、Δy、Δh为网络RTK坐标模式与实际测量坐标值之差，mh为模型高程误差。
S4：将地面影像定向成果与航空影像工程合并得到合并后的工程，将合并后的工程进行实景三维模型构建，得到空地一体化实景三维模型，对空地一体化实景三维模型集成显示，对航空影像动态无缝配准，自动检索并多角度观察目标，对航空影像进行精确量测，对模型进行分类管理和属性连结，对航空影像视频进行叠加，对透视信息进行标注；
S5：把天空远景与地面近景观测到的N组数据相对进行特征匹配，同步叠加到经过空三构网处理后的三维模型上，即基于N组数据特征匹配像对在三维模型上的反演技术提出，使地面观测的信息量有效地用于时空多变要素的估计，天空观测中的信息有效分配给这一复杂系统中的时空多变参数，实现了快速建模技术与高清影像的融合，三维粗模到二维高清影像的同步并行更新。
本实施例中，步骤S3中进行实景三维模型构建的软件采用的是DP-Smart软件。
本实施例中，空地一体化实景三维模型还包括增强现实系统，增强现实系统将倾斜摄影采集的航空影像，通过海量时空数据库的一体化调度管理，提供全方位自由观察的真实场景照片管理器，实现影像与三维数据的无缝配准，提升全方位的视觉感受。
增强现实系统通过计算当前相机姿态和影像空三数据的匹配关系，找到最佳的影像进行加载，同时采用渐变切换的方式解决影像姿态和三维场景姿态不完全匹配的调度效果问题。
影像空三数据为获得层次遍历以及能够实现基于物体空间和图像空间的剔除，需要将场景信息按空间数据结构组织化。
影像空三数据需进行空间索引的建立，并根据索引进行影像数据的空间检索和匹配。
影像空三数据的在场景制作中，由于贴图量及模型量的负荷，需要将整个场景分成不同级别的类型进行分级制作，以解决资源的最佳配置，保证场景调度的效率。
影像空三数据在获取时，保证左右相机在行进方向的重叠度为80％左右，设定一定的采样距离间隔，将设计的采集系统安置在移动载体上，摄影前进过程中，通过集成控制器按照设定的距离或时间间隔进行影像数据采集，采集的影像数据可较为清晰地记录建筑物侧面纹理。
需要强调的是，步骤S1在实施前需要进行航线规划和空域检查，控制点的布测原则包括：为像片控制点可按照航线在整个测区内进行统一布设；无人机航拍影像之前应在困难区域地面上设置较为明显的标记作为控制点，以提高控制点可靠性；一般情况下，像控点应该布设在相邻像对或相邻航线之间的重叠部分。
本发明在原有航空影像空三工程中选取该街道位置的连接点作为控制点，将地面影像进行匹配处理，再将选取的点进行刺点，在刺点完成并优化后，导入空三并得到地面影像定向成果，将地面影像定向成果与航空影像工程合并得到合并后的工程，，由于匹配瓦片点云较为散乱，需要重新计算，将计算后的成果与航空影像空三成果合并，得到空地一体化实景三维模型，把天空远景与地面近景观测到的N组数据相对进行特征匹配，同步叠加到经过空三构网处理后的三维模型上，即基于N组数据特征匹配像对在三维模型上的反演技术提出，使地面观测的信息量有效地用于时空多变要素的估计，天空观测中的信息有效分配给这一复杂系统中的时空多变参数，实现了快速建模技术与高清影像的融合，三维粗模到二维高清影像的同步并行更新。
影像空三数据在获取时，保证左右相机在行进方向的重叠度为80％左右，设定一定的采样距离间隔，将设计的采集系统安置在移动载体上，摄影前进过程中，通过集成控制器按照设定的距离或时间间隔进行影像数据采集，采集的影像数据可较为清晰地记录建筑物侧面纹理，该设备的制作，可以大大提高近景建模影像数据的获取效率，采集的影像能满足内业自动空三计算的条件。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种应用于配网低压线路全景透明用户报装的空地一体联合建模方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：在原有的航空影像工程中选取街道位置的连接点作为控制点，利用航空倾斜摄影系统获取待建模区域的多视角倾斜航空影像和同步记录的机载POS数据，多视角倾斜航空影像包括正视角航空影像和侧视角倾斜航空影像，利用车载移动测量系统获取待建模区域的车载移动测量影像和同步记录的车载POS数据，车载移动测量影像包括车载数字相机在车辆行驶过程中获取的影像；
S2：将地面影像进行匹配处理，再将选取的控制点进行刺点，对多视角倾斜航空影像和机载POS数据进行处理，依次获取待建模区域的数字表面模型数据、数字高程模型数据和数字正射影像数据，对车载移动测量影像和车载POS数据进行处理，获取所述车载移动测量影像的定向元素；
S3：在刺点完成并优化后，导入空三并得到地面影像定向成果，针对各个建筑物，将该建筑物的各个顶点投影至正视角航带影像中，获取建筑物顶面纹理，正视角航带影像为倾斜摄影飞行航带中所有正视角航空影像的影像集合，另一方面从侧视角倾斜航空影像中选取成像角度最佳且无遮挡的影像作为建筑物侧面纹理；
S4：将地面影像定向成果与航空影像工程合并得到合并后的工程，将合并后的工程进行实景三维模型构建，得到空地一体化实景三维模型，对空地一体化实景三维模型集成显示，对航空影像动态无缝配准，自动检索并多角度观察目标，对航空影像进行精确量测，对模型进行分类管理和属性连结，对航空影像视频进行叠加，对透视信息进行标注；
S5：把天空远景与地面近景观测到的N组数据相对进行特征匹配，同步叠加到经过空三构网处理后的三维模型上，使地面观测的信息量有效地用于时空多变要素的估计，实现了快速建模技术与高清影像的融合，三维粗模到二维高清影像的同步并行更新。
2.根据权利要求1所述的一种应用于配网低压线路全景透明用户报装的空地一体联合建模方法，其特征在于：所述步骤S3中进行实景三维模型构建的软件是DP-Smart软件。
3.根据权利要求2所述的一种应用于配网低压线路全景透明用户报装的空地一体联合建模方法，其特征在于：所述步骤S3中进行实景三维模型构建包括创建空地联合自动化建模工程、导入影像、导入POS数据、对航空影像地面影像进行空中三角测量、转刺空地同名点、对空三工程进行优化平差。
4.根据权利要求1所述的一种应用于配网低压线路全景透明用户报装的空地一体联合建模方法，其特征在于：所述空地一体化实景三维模型还包括增强现实系统，增强现实系统将倾斜摄影采集的航空影像，通过海量时空数据库的一体化调度管理，提供全方位自由观察的真实场景照片管理器。
5.根据权利要求4所述的一种应用于配网低压线路全景透明用户报装的空地一体联合建模方法，其特征在于：所述增强现实系统通过计算当前相机姿态和影像空三数据的匹配关系，找到最佳的影像进行加载，同时采用渐变切换的方式解决影像姿态和三维场景姿态不完全匹配的调度效果问题。
6.根据权利要求5所述的一种应用于配网低压线路全景透明用户报装的空地一体联合建模方法，其特征在于：所述影像空三数据为获得层次遍历以及能够实现基于物体空间和图像空间的剔除，需要将场景信息按空间数据结构组织化。
7.根据权利要求6所述的一种应用于配网低压线路全景透明用户报装的空地一体联合建模方法，其特征在于：所述影像空三数据需进行空间索引的建立，并根据索引进行影像数据的空间检索和匹配。
8.根据权利要求7所述的一种应用于配网低压线路全景透明用户报装的空地一体联合建模方法，其特征在于：所述影像空三数据的在场景制作中，由于贴图量及模型量的负荷，需要将整个场景分成不同级别的类型进行分级制作。
9.根据权利要求8所述的一种应用于配网低压线路全景透明用户报装的空地一体联合建模方法，其特征在于：所述影像空三数据在获取时，保证左右相机在行进方向的重叠度为80％，设定采样距离间隔，将设计的采集系统安置在移动载体上，摄影前进过程中，通过集成控制器按照设定的距离或时间间隔进行影像数据采集。
10.根据权利要求1所述的一种应用于配网低压线路全景透明用户报装的空地一体联合建模方法，其特征在于：所述步骤S1在实施前需要进行航线规划和空域检查。
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