无人机倾斜摄影技术在三维城市建模中的应用开题报告

 2022-02-14 20:01:19

1. 研究目的与意义

城市作为人类聚集地,是我们社会经济以及文化发展的中心,是认可、资源以及社会经济文化要素高度集中的地理信息综合体。在上个世纪八十年代初,国外的专家学者就已在数字城市中的虚拟三维模型部分取得相关的研究成果。随后,国外在城市三维领域的研究变得逐渐成熟起来,并开始不断面世。于1999年1月21日,由美国总统戈尔第一次提出数字地球的相关概念,至此开始,激起各国科研团队纷纷加入到“数字城市”建设的行列中来。我国也在2000年提出了要建设“数字中国”的这一基础框架。

在“数字中国”提出后的近十多年的时间里,国内数字城市的技术得到了广泛应用,但就技术方面而言,主要还是集中于采用传统的测量建模方法,通过外业人员的手工拍照,结合正射影像、测区平面矢量图等数据,先建立白膜。之后通过拍摄的纹理贴图贴在白膜上。这种传统技术的建模方法虽然在模型的精细度上能有所控制,但是生产的工艺十分复杂,而且生产成本高,工作强度大,存在生产效果不确定等不利因素,无法快速大范围的进行城市建模。

在2010年我国首次引进了倾斜摄影测量的概念,至此之后,倾斜摄影技术开始出现在我国测量研究领域。国外的倾斜摄影测量技术早在20世纪90年代就已经开始着手研究,只是在以往的无人机技术平台下,三维建模的产品成果并不稳定,我国也在这一方面研究也起步较晚。随着近年来,越来越多的稳定无人机平台问世,倾斜摄影测量技术开始越来越稳定与安全,也渐渐开始进入到城市三维建模研究群体的视野中。再加上这几年的技术研究发展,我国的倾斜摄影测量技术在三维建模的一研究应用中已经十分成熟,在大规模的城市建模领域已经开始慢慢在代替人工建模。

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2. 研究内容和预期目标

基于倾斜摄影测量而推出的各种三维建模应用软件已做得非常成熟,在许多大规模三维实景建模领域中已开始逐渐替代传统的人工建模方式。但目前的倾斜摄影技术在大范围的三维城市建模领域中还面临精度无法评定的难题,在当下的三维城市建模市场中任具有许多不确定因素。原因主要在于倾斜摄影建模的方法出现较晚,尚未建立起针对此类模型精度的评价体系,就传统的产品规范而言,还不够完善。同时,若能针对倾斜摄影模型进行精确的精度评价还能够有力促进倾斜摄影技术发展,也更有利于该技术在三维城市建模的相关领域中进行应用。因此,研究基于倾斜摄影测量技术建立三维模型的精度评定,是倾斜摄影测量技术在三维城市建模相关领域中进行应用的重点。

本课题主要是依托倾斜摄影测量、计算机视觉平台处理相关的理论与技术作为技术研究支撑,阅读与本课题相关的专业文献资料,掌握并熟悉无人机倾斜摄影测量的原理和方法,理解城市三维建模的应用原理,以及本课题的主要研究背景和意义,利用无人机采集倾斜摄测量的有关数据,使用手机或者相机拍摄的照片用作其他角度来对三维建模软件生产的成果进行研究,利用GPS-RTK方法在实地获得一定数量的控制点和地物点数据,以三维建模软件生成产品的过程作为研究讨论的主体,首先对三位建模软件的建模过程进行相关算法的研究,其次再对选取的研究区域进行影像建模试验,对多视角研究的影像数据进行产品生产,最后结合多种三维处理软件作为后期处理平台进行模型的精细化处理,拟通过不断的测试与讨论在数据生产的过程中存在的问题,利用实测数据与模型测量数据进行对比分析,最后将国家地理信息局2012年发布的《三维地理信息模型数据产品规范》作为本次实验的评价标准,对实验数据进行精度评定,最后通过多方数据的查询与研究讨论,对无人机倾斜摄影技术在三维城市建模中的应用进行总结。

在本课题中,我们首先查询与本课题研究内容相关的文献资料,拟通过使用Smart3D软件来处理倾斜摄影的影像数据,并生成相应的城市三维模型,在课题进行的过程中,首先会对Smart3D软件进行熟悉与了解,随后运用倾斜摄影相机采集有关数据,经由软件对采集的图像数据进行处理,通过手机或数码相机拍摄小型物件并进行数据建模,通过多角度的实验产品对建模成果的质量、精度进行比对分析,最后运用VS360等模型处理软件对产品模型进行精细化处理,再通过实测数据的比对分析,得到一份基于Smart3D软件做出的倾斜摄影测量模型的建模精度数据,与相关文献进行比对分析,对建模成果的可适用性进行研究分析,得出无人机倾斜摄影技术在三维城市建模中的应用总结。

3. 研究的方法与步骤

(1)、为保证课题研究的科学性、规范性与可适用性,在本课题开始之前,首先要采集与搜寻大量的文献资料作为参考,掌握本课题的研究背景及意义,熟悉与之相关的专业理论技术,并了解本课题准备探讨的方向;

(2)、首先要计划好准备进行倾斜摄影测量的实际地理位置,评估在该实验坐标下进行航线拍摄的可行性,在进行外业拍摄前事先设计好飞行路线和飞行高度,计划好预拍摄的影像个数,要能确保拍的摄影像住够清晰,保证相邻像片之间的重叠度符合实验的要求;

(3)、对拍摄完的照片进行检核,检查影片的各个参数是否正确,影响数据能否满足实验要求。同时提取出相机pos数据,依据软件对pos数据导入的格式要求对pos数据进行格式编写;

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4. 参考文献

[1]何 威.基于city engine的规则建模研究应用 [d].江西理工大学,2015(12).

[2]郑 盼.基于smart3d软件的无人机倾斜摄影三维建模及精度评价[d].成都理工大学,2018(06).

[3]戴竹红,李柳兴,邹发东.基于smart3d的实景三维建模与应用[j].建设论坛,2015(04):113-115.

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5. 计划与进度安排

(1)、 1.5 学生选题,导师参加选题指导,并与指导教师见面。

(2)、3.1-3.18 指导教师下达毕业论文任务书,掌握本课题的基本原理和当前的发展现状。并根据期间参考资料情况,完成开题报告。

(3)、3.19-3.31 学生收集资料,实地调查,设计论文详细提纲。

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