[实用新型]用于获取数字城市实景三维建模数据的空地一体化系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及三维建模技术领域，具体地，涉及一种用于获取数字城市实景三维建模数据的空地一体化系统。

背景技术

随着“数字城市”、“智慧城市”、城市规划与管理、建筑景观设计、三维导航以及旅游开发等对城市真三维模型的需求，快速建立有真实纹理的城市三维景观日益突显出较高的经济价值和应用前景。然而，要想快速建立实景三维数字城市模型，关键在于快速获取真实、全要素、细节完整清晰、高精度以及高质量的城市三维建模数据。城市三维建模数据的获取主要包括几何模型信息和真实纹理信息数据的获取。

传统城市三维建模数据的获取，主要是人工搜集各种地形图、高程数据和影像，搜集时间长而且很难获得完整的数据。纹理信息数据一般通过人工地面采集的数码相片获得。几何信息数据则是通过地形图、地籍图或者DOM 提取，高度信息通过全数字摄影测量系统获取，个别精度要求较高的地区则通过人工地面采用全站仪等设备测量。其特点是: 数据高程精度低，工程制作周期长，投资成本大; 但其也具有灵活、场景简洁以及工艺简单的优势，适合在小范围、无现势地形图或影像资料的条件下进行三维建模数据获取，显然不适用于城市大场景实景三维建模数据的获取。

目前，大范围三维数字城市建模数据的获取主要通过传统的航空摄影测量来实现，由于是基于垂直摄影的成像方式，只能获取地物的空间位置信息和顶部纹理信息数据，地物的立面纹理信息数据还需要通过费时费力的实地摄影采集方式获取，这就造成了影像数据的获取方式存在差异以及地物信息数据获取的时间不同步。随着空间成像观测技术的出现，传统的航空摄影测量一定程度上正被越来越多的高分辨率遥感卫星图像所代替。现在部分高分辨率的卫星影像已经可以得到比航空成像设备更详细的地面信息影像数据。尽管如此，卫星图像仍具有与正射影像观测和解译中相同的问题，即仅能获取地表顶部信息数据，应用于城市三维建模仍缺失地物侧面信息数据，侧面纹理信息数据仍需要借助实地耗时耗力的摄影采集方式，这致使几何模型信息数据和纹理信息数据的获取时相不一致，从而严重影响三维模型的表现效果。

在测绘仪器领域，倾斜摄影测量和移动测量系统（mobile mapping system，MSS）是两项正在快速发展的新型信息采集技术。航空倾斜摄影测量颠覆了传统航空摄影模式只从单一垂直角度进行拍摄的局限，通过在一个飞行平台上同时搭载多个各成角度的传感器，分别从垂直和倾斜角度获取地面多方向的立体图像信息数据，机身还携带有高精度导航卫星定位接收机和惯性测量单元（inertial measurement unit，IMU）。倾斜摄影测量获得的多视倾斜航空影像数据，不仅能够真实地反映地物，高精度地获取建筑物顶面及侧面纹理信息，还可通过先进的定位、融合、建模等技术，生成真实的三维数字城市模型。倾斜摄影方式获取的建模数据虽然具有高真实性、全要素的优势，但是单独利用倾斜摄影测量技术还存在很多不足之处，如倾斜摄影由于建筑物等地面实体的遮挡，造成了近地面数据的丢失；由于倾斜摄影角度等不同，其在地面数据上的鉴别效果也不一样，这就造成了近地面数据的细节不清晰。

而另一项面向三维数字城市建模数据获取的技术解决方案是移动测量系统。通常情况下，MMS集成设备被安装在改装过的运载车辆平台上，其上配备有多种传感器，如CCD照相和摄像机、卫星定位接收机、惯性测量单元以及激光雷达扫描仪等，通过这些设备与车载计算机和存储设备连接，MMS可以借由主动发送扫描信号扫描运动经过的周边环境并记录各种信号，这些获取的信息通过IMU反算可得到扫描时所处的即时位置。车载移动测量系统能够方便快捷地穿梭于地物复杂且密集的地区，对地物影像和空间信息数据进行快速的采集，配合高精度定位定姿系统，能够获得具备高位置精度和高分辨率的街景影像数据，所获得的影像数据具有近地面数据的完整性和不失真性，这些影像数据提供了丰富的立面信息，而这些信息可以用来加快城市复杂真三维模型的生成。但由于成像原理的问题，使得MMS缺乏采集对象的顶部数据和纹理。