一、業務(wù)需求

      近年來，高分(fēn)辨率衛星獲得了較快的發展，其獲取的圖像經過輻射校正後達到了相當高的精(jīng)度，結合衛星變軌或相機側擺等方式，同一地域的重訪周期大大縮短，非常有(yǒu)利于對目标場景的三維精(jīng)細化建模，并使利用(yòng)高分(fēn)辨率衛星影像制作(zuò)三維地形及建築物(wù)建模成為(wèi)可(kě)能(néng)。便于對全球範圍内地形地貌、地理(lǐ)環境和相關自然與人文(wén)現象等信息進行采集、處理(lǐ)與應用(yòng)。高分(fēn)辨率衛星數據有(yǒu)了更多(duō)地使用(yòng)價值和空間。得益于高分(fēn)辨率衛星數據源的日益豐富，以及多(duō)源遙感衛星影像處理(lǐ)能(néng)力的不斷增強，三維模型生産(chǎn)方面有(yǒu)着廣闊的前景。

      通過利用(yòng)快速影像匹配技(jì )術，生成DOM自動或者半自動人工(gōng)地物(wù)的采集的方式獲取影像的建築物(wù)表面紋理(lǐ)。最後實現基于衛星影像的三維建模。這種模式可(kě)以為(wèi)無法或很(hěn)難獲取航飛數據的區(qū)域提供三維建模方案。

二、方案描述

      利用(yòng)高分(fēn)辨率光學(xué)衛星影像進行重點目标及建築物(wù)精(jīng)細化三維建模的方法。以國(guó)内外主流高分(fēn)辨率光學(xué)衛星影像數據為(wèi)主要數據源，以DEM／ DOM、控制點數據等已有(yǒu)數據庫為(wèi)控制通過平差得到影像位置，自動提取三維點雲，利用(yòng)算法從點雲提取三角面網格制作(zuò)感興趣區(qū)域粗略高程模型，聯系區(qū)域對象的平坦程度，對三角網進行平整、簡化，進行紋理(lǐ)化。通過此方法得到的衛星三維模型紋理(lǐ)對應性精(jīng)度更有(yǒu)保證，紋理(lǐ)均為(wèi)原始影像上計算獲得，與其他(tā)地理(lǐ)信息數據信息或屬性數據可(kě)以更好的疊加，使得多(duō)源數據發揮一加一大于二的效能(néng)。與InSAR等數據及矢量數據疊加便于一步實現平面/高程與趨勢屬性數據的拟合，便于更真實的呈現模拟效果，更好的服務(wù)與相關行業。

三、服務(wù)模式

• 常規模式

      常規拍攝過程中(zhōng)采用(yòng)計劃編程下單模式，提供的衛星數據須經過輻射校正和系統幾何校正，分(fēn)辨率滿足優于1米，應包括全色波段、藍波段、綠波段、紅波段與近紅外波段等多(duō)光譜信息。對提供的原始影像數據，實時雲量判讀，準确性達到98%及以上，提供統計報表。後期影像拼接色彩調整服務(wù)，影像在大範圍顔色和色調顯示基本一緻，圖像色相及亮度調整後，相鄰幅重疊區(qū)域，亮度相差低于10%，合理(lǐ)地選擇鑲嵌線(xiàn)，并進行羽化處理(lǐ)，鑲嵌後達到相鄰影像色調基本一緻。原始影像質(zhì)量整體(tǐ)精(jīng)度一緻、色調均勻、紋理(lǐ)清晰、反差适中(zhōng)、色彩自然過渡、水利要素突出。

      常規模式下三維實景建模系統采用(yòng)全自動+人工(gōng)幹預的三維實景處理(lǐ)流程，利用(yòng)集群優勢結合系統編輯作(zuò)業模式對三維模型及單體(tǐ)化進行快速生産(chǎn)和必要編輯，生産(chǎn)出滿足精(jīng)度要求的标準三維産(chǎn)品。

• 應急模式

      由于每顆衛星的數據獲取能(néng)力和特點的不同，包括衛星搭載的傳感器類型、側視能(néng)力、成像模式、分(fēn)辨率、觀測波譜、有(yǒu)效地面視場、重訪周期等的差異，使得用(yòng)戶迫切需要一套能(néng)夠分(fēn)析在一定時間周期内，實現對感興趣區(qū)域的多(duō)星、多(duō)傳感器、多(duō)成像模式的聯合成像解決方案，包括時效性及覆蓋能(néng)力的分(fēn)析等實際應用(yòng)需求。這種聯合成像解決方案不但能(néng)夠在航天器的研發過程中(zhōng)，為(wèi)有(yǒu)效載荷、單星及星座平台的研發作(zuò)論證支撐；特别是當地震、洪水等重大自然災害發生時，這種聯合成像解決方案将更能(néng)夠滿足災害快速響應的需要，充分(fēn)發揮遙感技(jì )術在科(kē)學(xué)救災減災中(zhōng)的重大作(zuò)用(yòng)。

      同時在處理(lǐ)過程中(zhōng)三維實景處理(lǐ)系統采用(yòng)全自動三維實景處理(lǐ)流程，利用(yòng)集群優勢完成從空三加密、影像匹配到三維模型制作(zuò)的全過程，快速響應應急生産(chǎn)需求。

四、方案組成

• 數據采集

      為(wèi)确保模型質(zhì)量（包含模型的結構完整度和紋理(lǐ)提取等），采用(yòng)的數據需是亞米級分(fēn)辨率傳感器且從不同角度拍攝的影像。

• 數據處理(lǐ)系統

     1.基于Windows操作(zuò)系統、基于圖形用(yòng)戶界面，進行數據輸入輸出和整個處理(lǐ)流程管理(lǐ)， 任務(wù)管理(lǐ)至少包括創建任務(wù)、提交任務(wù)、任務(wù)處理(lǐ)進度監控、處理(lǐ)結果可(kě)視化等；

     2.軟件計算過程無需人工(gōng)幹預，所輸出的三維格網模型能(néng)夠準确、精(jīng)細地複原出建模主體(tǐ)的真實細節構成，能(néng)輸出高分(fēn)辨率的帶有(yǒu)真實紋理(lǐ)的三角網格模型；

     3.軟件能(néng)良好支持衛星遙感的數據處理(lǐ)，支持無GPS，完整/非完整GPS軌迹數據，及完整GPS/姿态角數據，地面控制點數據等結合處理(lǐ)；

     4.支持人工(gōng)修飾模型，并将人工(gōng)修飾後的模型進行紋理(lǐ)自動映射；

     5.任務(wù)序列管理(lǐ)與監控（支持任務(wù)序列調度管理(lǐ)，支持任務(wù)處理(lǐ)進度實時監控）；

     6.軟件支持主從式分(fēn)布式運算，軟件在進行空三和建模運算過程中(zhōng)不會影響和中(zhōng)斷軟件主界面的功能(néng)和操作(zuò)。

五、方案特點

     1.遙感影像覆蓋範圍廣、成本低而且較高的分(fēn)辨率所以能(néng)夠快速獲取精(jīng)确的數據。

     2.具(jù)有(yǒu)高度自動化的流程：模塊通過平差得到影像位置，實現提取三維點雲、三角面網格提取及紋理(lǐ)化的自動處理(lǐ)。

     3.高效率：1周-4周左右/一個城市或者400km²（20公(gōng)裏*20公(gōng)裏）。

     4.數據處理(lǐ)對地面控制點依賴性低。僅需要極少的地面控制點就可(kě)滿足低分(fēn)辨率實景三維模型的生産(chǎn)需求。

     5.高精(jīng)度:平差可(kě)調可(kě)控保證模型提取的幾何基礎；模型相對精(jīng)度約為(wèi)5個像素，模型整體(tǐ)質(zhì)量與獲取的多(duō)角度影像相關，絕對精(jīng)度與傳感器提供的初始精(jīng)度相關；利用(yòng)控制點達到1.5-2m CE90 (即影像中(zhōng)90%以上兩點之間測得的結果與實測值之間的誤差在1.5-2米以内)。

六、應用(yòng)領域

      包括數字城市，城市規劃，交通管理(lǐ)，數字公(gōng)安(ān)，消防救護，應急安(ān)防，防震減災，國(guó)土資源，地質(zhì)勘探，礦産(chǎn)冶金等，覆蓋建築設計，工(gōng)程與施工(gōng)，文(wén)物(wù)保護，文(wén)化遺産(chǎn)等各方面，應用(yòng)前景非常廣闊。

七、模型展示

圖：3D衛星三維模型(13景)

圖：衛星三維模型（11景）

圖：非城區(qū)三維模型

圖：非城區(qū)三維模型