无人机倾斜摄影测量三维建模及模型可视化研究

论文摘要

随着无人机技术的快速发展,利用消费级无人机进行倾斜摄影测量已经成为一种重要的数据采集手段且逐渐走向成熟和生产应用,而倾斜摄影测量三维成果的可视化和空间量测分析也变得更加迫切。Cesium作为目前最为流行的开源三维GIS框架,能够直接在浏览器上展示虚拟地球并能叠加显示多种图层要素,为倾斜摄影测量数据的可视化和应用分析提供了一个很好的平台。本文围绕消费级无人机倾斜摄影测量和模型数据可视化,探讨了单镜头倾斜摄影测量建模过程中的相机标定、光束法平差等关键技术,并基于Cesium实现了倾斜摄影测量数据的可视化和三维量测分析的功能。主要研究成果如下:(1)在详细论述非量测相机的标定、影像特征提取和匹配、光束法平差、密集匹配等建模关键技术的基础上,提出了利用单镜头无人机模拟多镜头倾斜摄影测量的两种方案,即以三个航线飞行模拟三镜头和5个航线飞行模拟五镜头倾斜摄影测量,以实测检核点的误差评价了两种方案的精度,结果表明第二种方案比第一种方案精度高。本文从飞行效率、数据处理速度和数据产品精度方面给出了不同的地形和地物分布时采用两种方案的建议,为实际生产提供了一种参考。(2)深入剖析了 3D Tiles数据集的三维模型数据格式和已有OSGB数据格式向3D Tiles格式的转换问题;对于倾斜摄影测量三维模型数据量巨大的问题,提出了场景裁剪算法和基于多叉树的数据加载调度方法,提升了 Cesium三维模型数据可视化的渲染效率。(3)设计并实现了基于Cesium的倾斜摄影测量二三维数据的可视化和空间量测模块,该模块基于B/S架构,包含两部分,一方面,该模块能够完美呈现倾斜摄影测量三维数据,另一方面,能够对数据进行量测和典型的空间分析,量测功能包括坐标拾取、距离量算、面积量算;典型空间分析功能包括坡度坡向分析、剖面分析、淹没分析、挖填方计算、通视分析和视域分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
•   1.1 研究背景和意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 研究内容和技术路线
•   1.4 论文组织结构
• 2 无人机倾斜摄影测量建模关键技术
•   2.1 相机标定原理和方法
•   2.2 特征提取
•     2.2.1 尺度空间极值探测
•     2.2.2 关键点精确定位
•     2.2.3 确定关键点的主方向
•     2.2.4 关键点描述
•   2.3 相对定向
•   2.4 光束法平差
•   2.5 密集匹配
•   2.6 纹理映射
•   2.7 本章小结
• 3 单镜头倾斜摄影测量方案设计
•   3.1 单镜头倾斜摄影建模方案
•   3.2 实验验证
•     3.2.1 相机标定
•     3.2.2 测区概况
•     3.2.3 数据采集方案设计
•     3.2.4 数据处理
•     3.2.5 实验结果分析与精度评定
•   3.3 本章小结
• 4 Cesium的三维模型数据组织和可视化关键技术
•   4.1 Cesium介绍
•     4.1.1 Cesium影像图层
•     4.1.2 Cesium地形配置
•     4.1.3 三维模型
•   4.2 3D Tiles数据集
•     4.2.1 瓦片集数据JSON文件
•     4.2.2 瓦片数据
•     4.2.3 数据转换
•   4.3 Cesium场景裁剪
•   4.4 3D Tiles数据加载调度
•   4.5 本章小结
• 5 可视化与三维空间量测分析系统
•   5.1 Cesium坐标变换
•   5.2 三维空间量测分析
•     5.2.1 三维模型坐标拾取
•     5.2.2 三维模型空间量测与分析
•     5.2.3 通视分析与可视域分析
•     5.2.4 剖面分析
•     5.2.5 坡度坡向分析
•     5.2.6 淹没分析
•     5.2.7 挖填方
•   5.3 可视化与空间量测分析功能系统
•     5.3.1 功能需求
•     5.3.2 服务器端实现
•     5.3.3 Web端可视化与空间分析模块
•   5.4 本章小结
• 6 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间所发表的论文、获奖

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈明杰

导师: 郭岚

关键词: 倾斜摄影测量,单镜头无人机,三维重建,三维空间分析

来源: 西安科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 自然地理学和测绘学

单位: 西安科技大学

分类号: P231

总页数: 69

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