卫星影像也能实景三维建模——用三维远观地球

 

随着经济的快速增长，对地理信息的需求也在不断增大。空间信息的应用已经逐渐从二维到三维上进行转变。在三维场景中，地物的表达更详尽，对各种应用和分析的支持度会更好。

传统的实景三维模型都是通过由航片获取，在遇到航空管制或者飞行困难区域，数据获取本身会有一定难度。另外，对于大面积小比例尺的三维模型获取时间太长，运算效率慢，难以满足大场景实景三维建设的需求。

从卫星影像上获取三维模型的方式，数据获取不受限制，可以快速获取大范围的三维模型。像素工厂从16年开始已经具备卫星三维生成技术，如今已经用于实际生产项目当中，成为一种成熟的解决方案。

  本文就像素工厂的卫星三维技术，以及一

些用户案例做一些介绍。

数据要求

卫星三维跟航片三维一样，需要有不同角度的数据进行拍摄。因此必须使用立体像对。要想有一个比较好的三维效果，最好使用亚米级的卫星影像。

      理想的数据获取情况为3个三像对以及两个倾斜单景，从而可以保证对地物有不同角度的拍摄。如图绛红色表示的是三像对的拍摄角度，绿色代表的是单景获取。

在非城区可以降低这个要求。也可以使用存档数据，但是效果在相应程度上会有所折扣。

处理流程

卫星三维在像素工厂的生产流程非常简单，按照正常的卫星处理流程对影像做完空三之后，进行DSM匹配。DSM匹配之后，基于点云构建TIN，然后自动贴取纹理，最后生成LOD打包输出。  

界面非常简洁，可以选择在建模之前对DSM进行内插和自动去噪。

如果数据获取不理想，可以对DSM进行编辑。在数据获取较好的情况下，可以进行全自动处理，无需编辑。

案 例

数据

Pleiades系统是由空中客车防务和空间提供的双系统（Pleiades 1A和Pleiades 1B），可以提供0.5米分辨率的图像。 该系统可以提供高分辨率的立体像对，可以调节不同角度进行编程，而且具备三像对功能，是计算卫星三维的理想数据。在案例中我们均使用了Pleaides数据进行计算。

河北卫星三维

总共使用11景Pleaides影像，其中包含三个三像对以及2个单景。获取时间从2018年6月23到9月份。区域总面积为300平方公里。无控制点，使用SRTM为高程参考信息。

总共使用6个节点进行计算：

 三维模型成果展示：

国外案例

该项目是18年由Airbus发起，决定在18年年底之前完成包括悉尼，迪拜，孟买，曼哲拉，德里，旧金山等25个城市的三维模型，由匈牙利生产团队完成。

在生产之前给生产团队提供了两周的培训，第一个完成的城市是洛杉矶，用了4周。之后每个项目都在三周之内完成整个流程：导入数据，项目管理，使用机场控制点库进行空三，自动计算TIN（平均40小时），DEM质检和编辑，生成整个三维模型。

可提供工业级的城市三维解决方案，高自动处理，高生产效率（400平方公里的一个城市整个生产流程在3周之内完成），高精度（1.5~2m）。比人工建模快10倍，几何和纹理一致，同时可以生产测绘产品级别的正射，真正射和DSM。

应用场景分析

  1）从效果上来说，与传统的DTM+正射影像相比，实景三维模型更精细（图片以及信息由河北省第三测绘院提供）。

在DTM和正射影像上无法正确表达的桥等地物，在卫星三维上也可以很好地表达出来。

 2）从精度上来说，依托于Pleaides卫星本身的精度，可以进行无控生产。平面中误差可以达到0.7m，高程中误差达到0.35m，大幅度减少外业工作。

  3）从数据获取上来说，卫星过境仅受天气等客观因素限制，不需要实地拍摄，无需申请空域，即使是在西部等困难区域也可以进行拍摄。

  4）从计算效率上来说，对于小比例尺的三维模型，卫星影像计算速度会高效很多。

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