科普 | 实景三维建模技术及应用
前言
以前，人们普遍使用水平仪、卷尺来捕捉现实世界的情况并借助数字技术使其可视化；后来，随着技术与流程的不断演变和发展，人们又转为使用全站仪、利用航拍和地面的激光扫描仪以及数字摄影测量等技术。每一种技术都各有优缺点。要考虑的因素有很多，例如，处理时间、数据质量和精度、采集和处理的成本以及支持工程设计工作流的能力等。
近年，人们开始利用扫描仪进行数据采集，扫描的功能比较多，而且精确度高，受到测量行业的热捧。但扫描仪价格比较昂贵，仪器也比较笨重，采集不是很方便，而且这项技术要求使用人员受过良好训练且技术精湛。随着科技的进步，航测逐走进人们的视野，而且精度也在不断的提高。无人机航测精度高，效率快。有的行业都抛弃了古老的测量方法，采用无人机航测，有效的节省了人力物力。
技术路线
实景三维建模技术是一项实景还原技术，能够根据一系列二维相片，或者一组倾斜影像，自动生成高分辨的、带有逼真纹理贴图的三维模型。如果倾斜像片带有坐标信息，那么模型的地理位置信息也是准确的。这种模型效果逼真，要素全面，而且具有测量精度，不仅带给人身临其境之感还可用于测量学应用，是现实世界的真实还原。
首先规划航线使用飞行器获取测区的倾斜影像及POS信息等原始资料，通过专业建模软件构建倾斜摄影实景三维模型，后由内业处理人员采集测区地籍要素制作图件，再由外业人员进行检查和补充。
建设意义
3.1实景三维模型的价值在哪里？
常用的影像数据大多只有地物顶部的信息特征，缺乏地物侧面详细的轮廓及纹理信息，不利于全方位的模型重建。
实景三维建模技术能够根据一系列二维相片，或者一组倾斜影像，自动生成高分辨的、带有逼真纹理贴图的三维模型。如果倾斜像片带有坐标信息，那么模型的地理位置信息也是准确的。这种模型效果逼真，要素全面，而且具有测量精度，不仅带给人身临其境之感还可用于测量学应用，是现实世界的真实还原。
3.2实景三维建模效率和精度如何？
实景三维建模由于通过飞行器采集倾斜影像，通过软件计算自动生成模型，极大减少了人工的投入，成本大大降低，大致为人工建模的1/2到1/3。倾斜摄影在获取了倾斜影像之后，主要是通过计算机实现自动化建模，其生产效率可以达到每平方公里费时三小时，即50平方公里可以在一周之内生产完毕。单从建模阶段同人工建模每人月0.2-0.3平方公里的效率相比较，两者生产效率可达到1:600。
实景三维建模由于飞行器航摄时可搭载高精度的定位设备，以及通过地面控制点的辅助，其平面和水平误差可控制在20-30厘米，甚至在15厘米之内，达到大比例尺地图的精度要求。对比人工建模依赖底图的平面精度和人工判断误差高达数米的高程精度，具备明显的优势。倾斜摄影建模由于是在航拍影像的基础上，通过计算机自动构建的，不会存在人工建模时人为的选择性构建和修饰过程，可以还原真实世界的完整面貌，实现全要素覆盖的三维建模。
3.3 如何检验实景三维模型精度
项目建设过程中，提出应用两种方式对实景三维模型进行检验。一则运用人工点与模型特征点进行比对，核算高程、平面中误差值，以该值衡量模型精度；二则运用地形图成果与模型特征边线或角点做比对，并计算高程、平面中误差值。省质检站亦采用这两种方式作为质检手段。
应用方向
测绘行业：地图制图、地理信息系统
测绘行业通过无人机倾斜摄影测量技术获取地面影像，结合实景建模技术可制作三维地面模型，由于三维实景模型具有高精度、高分辨率、高清晰度的特点，运用测量测绘技术，可以通过实景模型获取地物的坐标，并通过测绘数据处理技术制作数字线划图、勘测定界图、地形图、数字高程模型等。并可将三维实景模型制作成电子地图，结合软件工程技术以及数据库技术制作地理信息系统。
地形图
警务地理信息系统
城市：城市展示、建筑设计规划、棚户改造设计规划、违章建筑查处与存证。
城市规划需要大量的大地测量测绘信息，采用无人机技术可获取大量高精度的测量信息，根据获取的无人机影像绘制大比例地形图、制作数字地形模型、进行城市重点区域动态监测以及违建取证与执法等，从而精准的进行城市规划，促进有关部门和人员作出科学的城市规划决策，推动城市健康发展。
通过倾斜摄影测量技术与实景三维建模技术制作的实景三维模型，高精度、高清晰度还原的城市模型，精确反映了整个城市的建筑物分布情况以及城市地形。并且实景模型携带了精确的坐标信息，可进行距离测量、面积测量、体积测量。结合专业的技术已经软件，实景模型即可应用于城市的设计和规划；结合软件工程技术、数据库管理技术可制作智慧城市管理平台。
城市实景模型
建筑工程：建筑设计、建筑施工协同管理。
三维实景建模技术制作的三维实景模型应用于建筑设计行业，可帮助设计师分析待建区域周边建筑已经地形信息，并可将设计好的建筑模型置入场景中，进行日照分析、风能分析等；在建筑施工不同阶段制作的实景，可准确反应施工进程，为施工管理做出决策；在建筑运营与管理阶段，三维实景模型辅助决策建筑物维护与装修。
建筑实景模型
景区：景区展示、古文物、古建筑数字化存档
三维实景模型可1:1还原景区模型，有助于景区展示、景区数字化宣传。结合VR技术更可制作在线景区游览程序，让旅客足不出户即可观赏景区风景。
古文物、古建筑作为国家物质文化遗产，是前人留给我们的重要遗产。古文物的保护一直是一项重要工作，除了对文物本身进行保护，还需用数字化的方法将文物信息录入计算机，传统的数字化保护一般包括文字描述、测量测绘图纸等，三维实景建模技术的出现为文物数字化提供了新的方法。将文物模型进行数字化存档无疑是一种很好的文物保护方法。
文物实景模型
地质灾害：救援决策、灾害区域、范围等评估
地质灾害是自然因素或者人为活动引发的危害人民生命和财产安全的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降等与地质作用有关的灾害。我国是一个自然灾害类型多，发生频率高的国家，随着经济发展和人口增长而引起的生存环境的恶化，又影响和加剧了自然灾害的发生频率和波及的范围。尤其是近年来地质灾害的频繁发生，致使国家财富和人民生命财产受到重大损失。
利用无人机倾斜摄影技术和三维实景建模技术可快速还原灾害现场实景模型，可反映灾害情况，区域，面积等，有助于灾害救援决策、灾害评估、灾后重建规划。
灾区实景模型
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