一种基于倾斜摄影辅助BIM和GIS的三维建模技术的制作方法

本发明涉及三维建模技术领域，具体地讲，涉及一种基于倾斜摄影辅助bim和gis的三维建模技术。

背景技术：

随着信息化、智能化城市的高速发展，快速建立范围广、精度高的实景三维模型需求日益迫切。实景三维模型向着“更精细、更精确、更广泛、更丰富、对象化”的方向发展。传统基于大比例尺地形图和外业人工拍照的手工建模方式已经无法满足需求。

bim是建筑的可视化数字表达，可以提供建筑从设计到拆除的丰富信息，为精化建筑三维模型及室内模型获取提供便利。gis是一种以采集、存储、管理、分析和描述整个或部分地球表面与空间和地理分布有关的数据的空间信息系统，可以更好的实现三维数据的可视化综合管理、分析和应用。因此，本发明提出一种基于倾斜摄影辅助bim和gis的三维建模技术以发挥方案的优势，解决现有技术中存在的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于倾斜摄影辅助bim和gis的三维建模技术，有利于空间地理信息三维建模。

本发明采用如下技术方案实现发明目的：

一种基于倾斜摄影辅助bim和gis的三维建模技术，其特征是：具体包括以下步骤：

（1）获取影像：倾斜摄影航测同一位置及多个不同角度的具有高分辨率的影像；

（2）数据预处理：对多视角影像进行几何预处理，模拟包括倾斜影像在内的所有影像的地表投影范围，在各级影像上进行同名点自动匹配和自由网光束法平差，得到同名点匹配结果；

（3）三维建模：模型构建采用分块计算，程序自动选择不同视角上的最佳像对模型，生成三维尺度的密集点云，点云自动转换为不规则三角网tin模型，将tin模型进行平滑和优化，获取最佳视角影像纹理，自动赋予模型纹理，输出osgb格式三维模型成果；

（4）构建bim数据模型：利用bim构造建筑内部信息，在skyline中将倾斜摄影osgb格式的真三维模型与fbx格式的bim模型的导入接口，实现模型融合；

（5）构建gis三维模型：基于倾斜摄影实景三维模型数据，在3dgis平台上加载poi数据，利用skyline的展示平台进行三维可视化浏览，管理测量、地形分析、视线和阴影分析以及矢量、栅格和复杂地物分析。

作为对本技术方案的进一步限定，所述步骤获取影像具体包括：

（1.1）相机标定：采用张正友标定法进行相机标定，利用待标定的相机对标定板进行不同位置和姿态的拍摄；

（1.2）航线规划：选取地图数据，进行合理的飞行架次划分，优化派和方案；

（1.3）像控点测量：像制点按航线统一布设，相邻区域网尽量公用，平高控制点采用区域周边布点，内部适当加布点数的平高控制点，区域四周均匀布设平高控制点可以大大提高整体精度；

（1.4）无人机航测：设置飞行参数包括高度，速度，拍摄间隔，航向间距，旁向间距。

作为对本技术方案的进一步限定，所述步骤数据预处理具体包括：

（2.1）数据检查：对提交的航摄成果进行整体检查，检查项及内容为：

影像质量：清晰、色彩饱和、完整；

影像格式：tiff；

影像尺寸：10336*7788像素；

pos信息:外方位元素完整无缺失、与影像完整匹配；

相机参数：五镜头焦距准确；

（2.2）空三计算：通过建立连接点和控制点坐标文件，结合pos信息，实现多视角影像自检校区域网平差迭代计算，最终得到符合精度要求的空三成果；

（2.3）数据分块：根据测区的地理特征情况，将测区分成多个作业分区，然后根据每个作业分区的面积具体划分作业子区，按照每个作业子区实际范围，划定建模区域，根据作业子区中心点为原点，自动进行分块。

作为对本技术方案的进一步限定，所述步骤三维建模具体包括：

（3.1）点云匹配：基于空三平差输出的外方位元素成果，组成三维像对，对自动进行分块内包含的所有三维像对分别进行点云匹配计算，并将这些三维像对及点云进行汇总合并；

（3.2）三角网生成、纹理贴图：经过空三加密后获取了大量高密度的点云数据，根据分割的区块内的密集点云构建为不规则三角网，并生成无纹理的三维模型；

（3.3）三维模型的检查与修改：skyline平台中，在视角高度为350米场景下对三维数据进行检查：

（a）建筑是否存在纹理扭曲、破洞、搭连；

（b）水面、玻璃是否凸不平、破洞、反光；

（c）整体场景有无悬浮物体等问题；

作为对本技术方案的进一步限定，所述步骤构建bim数据模型具体包括：

（4.1）bim模型获取：通过osg中的boundingsphere类中的radius函数和center函数获取模型尺寸和中心坐标。

（4.2）bim模型校核：利用positionattitudetransform类中的setscale函数和setposition函数进行尺寸和位置的调整。

（4.3）bim模型输出:将倾斜摄影测量osgb实景模型数据进行坐标系设置，对构造好的bim模型输出fbx模式，设置和斜摄影测量osgb实景模型相对应的坐标系，将两者融合形成3dml模型数据。

作为对本技术方案的进一步限定，所述步骤构建gis三维模型中构建带有矢量数据和poi信息的三维模型需要准备数据包括dom影像数据、在arcgis中制作的dem高程数据、三维地表数据模型、osgb倾斜摄影三维实景模型、bim建筑室内模型以及测区的dlg数据、3dml数据以及属性数据。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：倾斜摄影技术能够自动化建立三维模型，具有效率高、精度高、真实性高以及低成本的特点，结合bim对建筑模型进行精细化内部处理，通过3dgis对模型处理进行三维可视化，建模具有快速、真实的特点，管理和分析具有空间可视化特点。

附图说明

图1是本发明系统框图。

图2是本发明倾斜摄影输出模型的示意图。

图3是本发明倾斜摄影模型、bim模型与gis模型集成示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

如图1-图3所示，本发明提供一种基于倾斜摄影辅助bim和gis的三维建模技术。

具体包括以下步骤：

（1）获取影像：倾斜摄影航测同一位置及多个不同角度的具有高分辨率的影像。

（1.1）相机标定：采用张正友标定法进行相机标定，利用待标定的相机对标定板进行不同位置和姿态的拍摄;用待标定相机从不同的位置和姿态对制作好的标定板进行拍摄，至少获取3张影像，一般情况下为了标定精度考虑需要获取10-20张影像。

（1.2）航线规划：在相机标定之后，需要了解目标区域的空域、面积、地形等信息，之后进行航线的设计和规划。通过目标产品的精度和实际需求来确定航测比例尺、飞行高度等信息。地面和高处的相关参数需要根据所选择的航摄相机参数和航拍参数通过计算来获得。

（1.3）像控点测量：像制点按航线统一布设，相邻区域网尽量公用，平高控制点采用区域周边布点，内部适当加布点数的平高控制点，区域四周均匀布设平高控制点可以大大提高整体精度；

（1.4）无人机航测：a地区区域面积为5.26平方公里，采用四旋翼无人机搭载大势智慧双鱼倾斜相机黑卡版进行航拍，双鱼倾斜相机倾角为420，获取影像的像元大小4.75，设计飞行高度250m，地面分辨率2cm，航向重叠度85%，旁向重叠度75%，飞行速度6.5m/s。

（2）数据预处理：对多视影像进行几何预处理，消除影像的几何误差,将垂直下视影像和倾斜影像进行联合平差。基于photomesh软件，结合pos系统提供的初始外方位元素，模拟包括倾斜影像在内的所有影像的地表投影范围，采取由粗到精的金字塔匹配策略，在各级影像上进行同名点自动匹配和自由网光束法平差，得到同名点匹配结果。基于空三平差输出的外方位元素成果，photemesh可以自动将影像进行匹配，组成三维像对。

（2.1）数据检查：对提交的航摄成果进行整体检查，检查项及内容为：

影像质量：清晰、色彩饱和、完整；

影像格式：tiff；

影像尺寸：10336*7788像素；

pos信息:外方位元素完整无缺失、与影像完整匹配；

相机参数：五镜头焦距准确。

（2.2）空三计算：通过建立连接点和控制点坐标文件，结合pos信息，实现多视角影像自检校区域网平差迭代计算，最终得到符合精度要求的空三成果，部分pos文件如下表：

（2.3）数据分块：根据测区的地理特征情况，将测区分成多个作业分区，然后根据每个作业分区的面积具体划分作业子区，按照每个作业子区实际范围，划定建模区域，根据作业子区中心点为原点，自动进行分块。

（3）三维建模：模型构建采用分块计算，程序自动选择不同视角上的最佳像对模型，生成三维尺度的密集点云，点云自动转换为不规则三角网tin模型，将tin模型进行平滑和优化，获取最佳视角影像纹理，自动赋予模型纹理，输出osgb格式三维模型成果。

（3.1）点云匹配：基于空三平差输出的外方位元素成果，组成三维像对，对自动进行分块内包含的所有三维像对分别进行点云匹配计算，并将这些三维像对及点云进行汇总合并。

（3.2）三角网生成、纹理贴图：经过空三加密后获取了大量高密度的点云数据，根据分割的区块内的密集点云构建为不规则三角网，并生成无纹理的三维模型。

（3.3）三维模型的检查与修改：skyline平台中，在视角高度为350米场景下对三维数据进行检查：

（a）建筑是否存在纹理扭曲、破洞、搭连；

（b）水面、玻璃是否凸不平、破洞、反光；

（c）整体场景有无悬浮物体等问题；

（4）构建bim数据模型：利用bim构造建筑内部信息，在skyline中将倾斜摄影osgb格式的真三维模型与fbx格式的bim模型的导入接口，实现模型融合。

（4.1）bim模型获取：通过osg中的boundingsphere类中的radius函数和center函数获取模型尺寸和中心坐标。

（4.2）bim模型校核：利用positionattitudetransform类中的setscale函数和setposition函数进行尺寸和位置的调整。

（4.3）bim模型输出:将倾斜摄影测量osgb实景模型数据进行坐标系设置，对构造好的bim模型输出fbx模式，设置和斜摄影测量osgb实景模型相对应的坐标系，将两者融合形成3dml模型数据。

（5）构建gis三维模型：基于倾斜摄影实景三维模型数据，在3dgis平台上加载poi数据，利用skyline的展示平台进行三维可视化浏览，管理测量、地形分析、视线和阴影分析以及矢量、栅格和复杂地物分析。

所述步骤构建gis三维模型中构建带有矢量数据和poi信息的三维模型需要准备数据包括dom影像数据、在arcgis中制作的dem高程数据、三维地表数据模型、osgb倾斜摄影三维实景模型、bim建筑室内模型以及测区的dlg数据以及属性数据，形成的3dml数据可以和其他诸如dlg、属性数据、属性数据等数据在gis平台中进行融合。

以上公开的仅为本发明的一个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。