不同地形环境下无人机航线规划及三维建模分析

针对不同地形环境下存在的飞行安全性低、数据冗余、构建三维模型质量和精度差等问题,本文以单镜头四旋翼小型无人机为试验设备,对平坦地形环境下的复杂单体建筑使用井字形交叉航线和环视航线;对复杂山地地形环境下的泥石流沟谷使用水平航线、井字形交叉航线及视频航线构建三维模型,并结合航线参数、三维模型质量和精度,探讨了不同地形环境下无人机航线规划方案对三维模型构建的影响。经评价分析可知:①使用环视航线能安全、快速地获取平坦地形下的复杂单体建筑影像,构建完整、质量好、精度高的三维模型;②使用井字形交叉航线能构建山地地形下泥石流沟谷的完整、质量好、精度高的三维模型,但飞行安全性、时效性较低;③使用视频航线,影像重叠度高,能构建完整、质量好的三维模型,模型精度并无明显差异。     

多旋翼单镜头无人机不同航线规划的三维建模方法评述

选用多旋翼单镜头无人机作为航摄设备,对同一建筑物规划交叉航线、全航线及5架次模拟航线,构建该建筑物的实景三维模型,并从模型完整性和地面控制点点位精度两个方面对3种不同航线三维建模方法进行评述。结果表明：①交叉航线建模方法控制点点位精度高,但模型完整性差;②全航线建模方法控制点点位精度高,模型完整性较高;③5架次模拟航线建模方法控制点点位精度略低,模型完整性最好。     

地面三维激光扫描点云拼接影响因素分析

在地面三维激光扫描仪进行三维建模过程中,需要对不同测站的点云进行拼接。为了提高不同测站点云拼接精度,本文开展了球形标靶表面扫描点数量、标靶的分布和数量及扫描距离4个因素对三维激光扫描仪不同测站下点云拼接精度的影响研究。采用法如（FOCUS）三维激光扫描仪开展了不同扫描分辨率、不同标靶数量、不同标靶分布和不同距离下的点云拼接试验,并采用SENCE软件对点云进行了拼接精度分析。试验结果表明,选择两测站的标靶表面的扫描点数量大致相等,并将4个标靶作为连接点,且放置在不同高度不规则排列时,点云拼接的精度最优。     

机场倾斜摄影测量模型构建方法及精度分析

基于Smart 3D软件对张家口机场影像数据开展三维实景模型的重建工作,经验证模型精度达到厘米级,符合构建智慧机场的精度预期。为探究飞行高度、航线的航向和旁向重叠率对模型精度的影响,利用控制变量法,在设定不同飞行高度、不同航向和旁向重叠率的条件下进行了2组试验,研究结果表明:模型精度与飞行高度成反比,飞行高度越低模型精度越高;航线的航向和旁向重叠率对模型精度的影响未呈现递变规律,实际作业中,应根据地物类型选择适宜的航向、旁向重叠率。     

消费型倾斜无人机技术在旧城区改造的应用

系统介绍倾斜无人机摄影测量系统及关键技术.首先,对整个旧城区进行规划,设计航线区域,对不同的建筑物采用不同的数据采集方法获取多视影像数据;然后,对多视影像数据处理构建实景三维模型的技术流程进行详细的论述,并建立旧城区的实景三维模型;最后,通过量测模型点的三维坐标与外业实测数据进行精度对比分析.结果表明,采用倾斜无人机摄影测量技术获取的多视影像数据构建实景三维模型精度满足1:500大比例尺测图应用需求.     

复杂带状地形条件下的地面三维激光扫描点云数据采集与配准处理试验

对于多站点架设获取的地面三维扫描点云数据进行空间坐标体系的统一配准处理,是实现地表三维模型构建数据预处理的关键技术。研究围绕地面三维扫描点云数据的配准精度问题,结合试验仪器在数据采集扫描设置中的不同模式,分别设计实施了基于一定扫描重叠度的独立站点采集匹配模式,基于站点GPS坐标控制的采集匹配模式,以及基于全站仪实测站点坐标的后视法采集匹配模式等3种试验方案,开展了针对不同扫描方案下所获取点云数据的配准处理方法解析与精度对比分析。不同方案应用于具有条带状试验测区的点云数据采集与数据配准处理结果表明,相对于独立站点数据采集匹配模式,后两种数据采集模式,即采用基于仪器GPS站点坐标的扫描匹配方案和基于全站仪站点坐标的后视法方案,由于克服了与全局坐标系转换困难和对标靶的依赖等问题,而具有较高的数据采集与匹配效率,表现出明显的优势。研究试验成果可为同类型仪器的地面三维激光扫描系统的外业数据采集和点云配准提供参考指导作用。     

广义立体像对三维重建模型精度分析

本文依据基于多源遥感数据进行三维重建的思想,利用现有的对于某一区域,由不同传感器获取的高分辨率卫星影像,分别作为左右影像,建立起基于有理函数模型的严密空间前方交会数学模型,进而构建起广义立体像对,快速提取地面三维信息,实现目标物的三维重建。之后对重建的三维模型进行精度分析,并与利用传统双像立体像对重建的三维模型、以及单张影像重建的三维模型之间进行精度分析,比较三种不同方法所得到的三维模型的相对精度,并最终证明了利用广义立体像对进行地面目标的三维模型重建,其精度完全能满足生产要求。     

顾及复杂环境约束的无人机三维航迹快速规划

针对在地形、禁飞区、气象、危险物、通视约束等复杂环境下,无人机三维航迹规划存在效率差与精度低的问题,本文通过设计多层扩展A*算法,提出了一种顾及复杂环境约束的无人机三维航迹快速规划方法。该方法剖析典型复杂环境对无人机航迹的多种约束信息等,构建三维航迹规划环境模型;通过结合无人机自身性能约束,设计多层扩展A*算法进行三维分层扩展,搜索获取无人机最优参考航迹;采用线简化和线平滑的方式对参考航迹进行简化与优化;最后选择典型案例区域开展试验分析,证明本文方法能够快速准确地规划出复杂环境下的最优可行航线。     

一种基于无人机倾斜摄影的高精度单体三维建模方法

传统倾斜摄影测量在同时获取正射和倾斜影像数据时,往往对建筑物低空立面纹理采集不够精细,且多数建筑物或地物模型毗连成片,不利于单独管理与使用。鉴于此,提出了一种高精度单体三维建模方法。首先结合建筑物几何特征和分辨率需求,研究三维环绕式航线设计方案,采集覆盖全局的高分辨率影像数据;然后将倾斜摄影模型的点云划分为虚拟网格,并将每个虚拟网格中的点云视为一个整体,通过设置高差提取建筑立面的点云,经点云分类处理,进一步提取轮廓信息;最后通过提取轮廓线相交三角形,实现单个建筑模型的三维构建。结果表明,该方法能自动、高效地单体化构建倾斜摄影建筑模型,对工程建设与发展具有一定的应用价值。     

一种三维实景模型单体建筑物提取方法

倾斜航摄仪的发展提高了三维实景模型生产的自动化程度,降低了生产成本。但目前软件自动生成的"一张皮"数据难以挂接GIS属性数据,因此有必要从三维实景模型中提取单体建筑物。针对此目的,本文提出了一种结合几何、纹理及语义信息的提取方法。首先利用几何、颜色以及语义信息将实景模型的三角面片分为地面、植被、建筑物立面和建筑物屋顶4类,然后通过组合验证建筑物立面和屋顶形成单体建筑物。采用"街景工厂"生产的2组三维实景模型数据进行实验,提取结果完整度大于90%,正确率高于93%。实验表明:本文方法能自动从三维实景模型数据中提取单体建筑物,可为后续的属性数据挂接提供基础。     

数字正射影像结合LiDAR数据在山区测绘中的应用

随着信息化社会的到来,现代水利测绘已经由传统测绘向信息化测绘发展,无人机技术应用于测绘行业推进了信息化测绘进程。本文探讨了如何有效利用无人机技术解决测绘领域在山区遇到的问题。固定翼无人机能及时获取地面数字正射影像数据,捕获裸露地面的平面和高程,但是无法获取植被覆盖下的地表高程信息,因此,本文通过机载激光雷达获取植被覆盖下的LiDAR点云数据;将二者数据相结合,再通过EPS软件生成三维地表模型,可以快速获取任何测区地物和地形数据,不仅提高了工作效率,还降低了外业劳动强度。     

基于消费级无人机的突兀大高差场地三维建模

智慧城市发展迅速,各地开展城市信息模型（CIM）基础平台建设的步伐不断加快,因而需要高效高质地构建不同类型场地的城市三维实景模型。本文针对传统航摄建模方法在突兀大高差场地三维模型重建中的不足,提出一种基于消费级无人机对突兀大高差场地进行阶梯式环绕拍摄航片并运用倾斜摄影技术对其进行三维建模的方法。同时运用该方法和传统模仿五镜头航摄的五架次航摄建模方法对桂林市南洲大桥进行对比试验。本文方法所重建的模型精度更高,效率得到提升,模型细节完整度更好。该方法能够高质高效地对突兀大高差场地进行三维重建,为CIM的创建提供更优的选择,促进智慧城市的发展。     

Investigating Hologram-Based Route Planning

It is often assumed that three-dimensional topographic maps provide more effective route planning, navigation, orientation, and way-finding results than traditional two-dimensional representations. The research reported here investigates whether three-dimensional spatial mappings provide better support for route planning than two-dimensional representations. In a set of experiments performed as part of this research, human subjects were randomly shown either a two- or three-dimensional hologram of San Francisco and were asked to plan a bicycling route between an origin and a destination point. In a second task, participants used these holograms to identify the highest elevation point in the displayed area. The eye-movements of the participants, throughout the process of looking at the geospatial holograms and executing the tasks, were recorded. The eye-tracking metrics analysis indicates with a high statistical level of confidence that three-dimensional holographic maps enable more efficient route planning. In addition, the research group is developing a new algorithm to analyze the differences between participant-selected routes and a set of "good routes." The algorithm employs techniques used to represent the boundary of objects and methods for assessing the difference between objects in modern digital image recognition, image registration, and image alignment applications. The overall goal is to create a theoretical framework for investigating and quantifying route planning effectiveness.     

基于激光扫描技术的建筑物三维重建

三维激光扫描技术作为一种新型高精度的全自动立体扫描技术,区别于传统的单点式测量,它能够快速获取被测物体表面大量的三维空间坐标。同时获得的点云数据不仅能够直观地表现出物体属性,还能构造出目标物的三维模型进行规划分析,大大推动了数字城市的建设进程。而本文详细介绍了三维激光扫描技术,并结合实际案例来阐述利用地面激光扫描仪对青岛市某高层建筑进行外业测量以及点云数据处理,最终利用Realworks和Sketchup软件对点云数据进行三维重建及展示。     

三维GIS在地下管网管理中的应用研究

传统的基于二维图形+属性的地下管网管理方式已经不能满足管线精细化管理的需要,本文研究三维GIS在地下管网管理中的应用,实现了三维管网快速建模、地上地下三维一体化显示、三维管线查询分析与辅助设计等功能,建立了西城区地下管网运行管理系统。     

复杂地势下轻小型无人机LiDAR自主航线设计

针对现有的LiDAR航线设计软件绝大多数针对大中型无人机,主要依靠飞行人员根据实际经验敷设航线,少数采用传统摄影测量改变基线长度的方式实现复杂地势下LiDAR航线自动敷设,但高地势地区航线较密,飞行成本高,有局限性,目前能实现轻小型无人机载LiDAR航线自主敷设的软件很少等问题,参照轻小型机载LiDAR的特点,该文提出一种复杂地势下基于DEM改变航高的航线设计方法。以延庆某山区进行试验。结果表明:该方法适当放宽分区高差限制,综合考虑地形信息、飞机性能等要素,使得单条航带点云密度得到保证,提高航线规划效率,节约飞行时间。将考虑DEM与未考虑DEM两种方式对比,确保重叠度,满足工程点云密度,便于后期数据处理。     

无人机倾斜摄影三维模型在城市雨洪风险评估中的应用

研究城市雨洪风险问题,对提高城市洪涝灾害监测、预报的准确性,以及促进城市防洪决策制定具有重要的意义。鉴于高精度的城市三维模型可以提供丰富地理信息,便于准确分析淹没情况,本文针对当前城市洪涝模型对地形数据的高敏感性,且雨洪风险评估研究的准确性受限于地形数据精度的问题,提出利用无人机倾斜摄影测量技术重建高精度实景三维模型,并结合GIS的空间分析功能,以淹没深度为关键指标进行研究区的雨洪风险评估。通过提取不同重现期下研究区的淹没深度信息,进行可视化渲染实现三维淹没分析,可以直观地看到研究区的淹没情况,作为暴雨内涝风险管理依据,同时对城市规划布局有一定的参考价值。     

城市道路复杂度的浮动车自适应采样算法

基于浮动车的城市交通信息采集技术是智能交通系统获取实时交通信息的重要手段之一。针对浮动车的城市交通信息等间距采样的不足,本文设计了一种基于城市道路复杂度的自适应采样算法:①根据道路属性定义道路结点对城市道路网络复杂度的影响因子;②利用四叉树对城市道路网络复杂度进行描述;③根据浮动车的瞬时速度和道路复杂度自适应计算浮动车的采样周期。通过仿真和试验表明,新算法能够在不同复杂程度的道路情况下自适应提供有效、可靠的采样周期。     

Approximate approaches to geometric corrections of high resolution satellite imagery

The exploitation of different non-rigorous mathematical models as opposed to the satellite rigorous models is discussed for geometric corrections and topographic/thematic maps production of high-resolution satellite imagery (HRSI). Furthermore, this paper focuses on the effects of the number of GCPs and the terrain elevation difference within the area covered by the images on the obtained ground points accuracy. From the research, it is obviously found that non-rigorous orientation and triangulation models can be used successfully in most cases for 2D rectification and 3D ground points determination without a camera model or the satellite ephemeris data. In addition, the accuracy up to the sub-pixel level in plane and about one pixel in elevation can be achieved with a modest number of GCPs.