近年來，實(shí)景三維成為測(cè)繪行業(yè)熱議話題。實(shí)景三維以真實(shí)直觀、高精度等特點(diǎn)在城市規(guī)劃、智慧旅游、應(yīng)急救災(zāi)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。據(jù)自然資源部印發(fā)的《關(guān)于全面推進(jìn)實(shí)景三維中國建設(shè)的通知》，到 2050 年，80% 以上的政府決策、生產(chǎn)調(diào)度和生活規(guī)劃可通過線上實(shí)景三維空間完成。
隨著實(shí)景三維中國全面鋪開建設(shè)，眾多優(yōu)質(zhì)項(xiàng)目如雨后春筍般出現(xiàn)。去年，由湖南省第一測(cè)繪院承擔(dān)的張家界實(shí)景三維項(xiàng)目引起廣泛關(guān)注，項(xiàng)目成功入選 2022 年數(shù)字湖南十大應(yīng)用場(chǎng)景建設(shè)典型案例，堪稱實(shí)景三維中國應(yīng)用的典范
基于實(shí)景三維張家界模型的渲染效果
一起看看實(shí)景三維張家界項(xiàng)目應(yīng)用了哪些新的航測(cè)技術(shù)及作業(yè)成果吧！
地形極其復(fù)雜，百日完成大規(guī)模實(shí)景三維建設(shè)
2022 年，首屆湖南旅游發(fā)展大會(huì)在張家界舉行。為科技賦能大會(huì)，測(cè)出真實(shí)、立體、掌上的張家界，湖南省第一測(cè)繪院受湖南省自然資源廳、張家界自然資源和規(guī)劃局委托，負(fù)責(zé)實(shí)施 “實(shí)景三維張家界”項(xiàng)目，建設(shè)數(shù)字孿生張家界城區(qū)、景區(qū)，充分挖掘?qū)嵕叭S數(shù)據(jù)價(jià)值。
張家界山地丘陵起伏，兼有山間盆地、河谷帶狀平原，全域地形地貌極其復(fù)雜，項(xiàng)目組需在三個(gè)月的短時(shí)間內(nèi)，制作完成張家界全域 9516 平方公里地形級(jí)實(shí)景三維、270 平方公里城市級(jí)實(shí)景三維，采集 120 公里街景和 202 處全景數(shù)據(jù)，建設(shè) 48 處核心景區(qū)和場(chǎng)館超精細(xì)三維模型。
項(xiàng)目時(shí)間緊，任務(wù)重，要求高，項(xiàng)目組派出 102 名技術(shù)人員進(jìn)駐張家界，采用大疆經(jīng)緯 M300 RTK、精靈 4 RTK 等各類型無人機(jī) 29 架，使用大疆智圖在內(nèi)的數(shù)據(jù)處理軟件，開展實(shí)景三維張家界項(xiàng)目作業(yè)。
項(xiàng)目組使用經(jīng)緯 M300 RTK 搭載 P1進(jìn)行航測(cè)作業(yè)
貼近攝影測(cè)量重建天門山，分辨率優(yōu)于 0.01 米
在實(shí)景三維張家界項(xiàng)目中，完成核心景區(qū)和場(chǎng)館超精細(xì)三維建模是一項(xiàng)重要任務(wù)。以張家界天門山森林公園為例，天門山山頂面積約 2 平方千米，其中天門洞門高 131.5 米，寬 57 米，深 60 米，高差巨大、信號(hào)遮擋、天氣多變，環(huán)境極端復(fù)雜，采用傳統(tǒng)的傾斜攝影測(cè)量方式無法完成精細(xì)化重建的任務(wù)。
綜合考慮多種因素，湖南省第一測(cè)繪院聯(lián)合武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院貼近攝影測(cè)量課題組和武漢多普云科技有限公司，決定在天門山等地采用貼近攝影測(cè)量技術(shù)，獲取高精度地理信息數(shù)據(jù)。
貼近攝影測(cè)量是武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院張祖勛院士團(tuán)隊(duì)針對(duì)無人機(jī)精細(xì)化測(cè)量需求提出的全新攝影測(cè)量技術(shù)，它以“目標(biāo)”為攝影對(duì)象，利用無人機(jī)靈活的云臺(tái)擺動(dòng)貼近攝影獲取超高分辨率影像，進(jìn)行精細(xì)化地理信息提取，因此可高度還原地表和物體的精細(xì)結(jié)構(gòu)。從數(shù)據(jù)上看，貼近攝影測(cè)量能夠達(dá)到亞厘米甚至毫米級(jí)的精度。
天門洞高差大，雨霧天氣多的環(huán)境給作業(yè)帶來挑戰(zhàn)
天門山超大的立面結(jié)構(gòu)增加作業(yè)難度
項(xiàng)目采用 “由粗到細(xì)”影像采集策略。首先進(jìn)行粗模采集，獲取被攝目標(biāo)的結(jié)構(gòu)信息，通過使用精靈 4 RTK 對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行粗模正射影像數(shù)據(jù)采集，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入大疆智圖軟件三維重建，生成粗模點(diǎn)云數(shù)據(jù)成果。
初始點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入課題組自研的貼近攝影測(cè)量軟件 DPGO（電腦端） 進(jìn)行精細(xì)化貼近航線規(guī)劃，將天門山按照結(jié)構(gòu)信息分為多個(gè)規(guī)則面，設(shè)置航線飛行高度、重疊度等參數(shù)，設(shè)置拍攝視角包括“正視+左右交向+上下交向”，保證目標(biāo)物體的各個(gè)視角均被采集到，規(guī)劃飛行范圍，自動(dòng)生成飛行航線。飛行航線導(dǎo)入 DPGO （手機(jī)端），通過使用性能強(qiáng)勁的大疆經(jīng)緯 M300 RTK 搭載全畫幅測(cè)繪相機(jī) DJI P1 執(zhí)行貼近航線任務(wù)。
使用 DPGO 基于粗模進(jìn)行航線規(guī)劃
最終，張家界天門山國家森林公園完成貼近原始影像采集 15630 張，數(shù)據(jù)量 229GB ，分辨率優(yōu)于 0.01 米，高度還原地表和景區(qū)精細(xì)結(jié)構(gòu)，精準(zhǔn)地記錄了天門山原始的真實(shí)三維信息。
采集的數(shù)據(jù)導(dǎo)入大疆智圖集群版做三維重建，大疆智圖針對(duì)貼近攝影測(cè)量方式采集的數(shù)據(jù)做了特殊優(yōu)化，確保生成高質(zhì)量的數(shù)據(jù)成果。大疆智圖每 1G 內(nèi)存可處理 6000 張影像，采用 10 節(jié)點(diǎn)集群配置[1]，僅 38 小時(shí)便完成天門山的高精度模型重建，真實(shí)還原景區(qū)的地形地貌。
實(shí)景三維模型將天門山景區(qū)的一草一木數(shù)字孿生到虛擬世界。2022 年 11 月首屆湖南旅游發(fā)展大會(huì)召開，游客只需通過手機(jī)或電腦，即可 720 度一覽景區(qū)三維 VR 地圖。群峰競(jìng)秀、萬石崢嶸，地圖復(fù)刻了天門山自然地貌和人文景觀精華。
云上天門山三維 VR 地圖
值得一提的是，基于高精度貼近攝影測(cè)量的實(shí)景三維模型，項(xiàng)目組識(shí)別出 10 處存在失穩(wěn)傾倒或墜落風(fēng)險(xiǎn)的危巖體。為此，由張祖勛院士牽頭，聯(lián)合多個(gè)單位向張家界市人民政府提出《關(guān)于加強(qiáng)天門洞危巖識(shí)別與加固的建議》，建議對(duì)天門洞地質(zhì)狀況與安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行勘察和評(píng)估，得到市政府的高度重視并付諸行動(dòng)。
48 處核心景區(qū)和場(chǎng)館，采用貼近攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行建模
在實(shí)景三維張家界項(xiàng)目中，還有百龍?zhí)焯莸?/span> 48 處核心景區(qū)和場(chǎng)館超精細(xì)三維模型均使用了貼近攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行建模。
百龍?zhí)焯葙N近航線規(guī)劃
百龍?zhí)焯荽怪备卟?/span> 335 米，山體地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，整個(gè)天梯全天不定時(shí)高頻率運(yùn)行，建模紋理細(xì)節(jié)挑戰(zhàn)大。項(xiàng)目組實(shí)地核算飛行區(qū)域面積因素，劃分 10 個(gè)面，分別對(duì)頂部、巖壁側(cè)面、天梯正面等重點(diǎn)規(guī)劃航線任務(wù)，利用大疆經(jīng)緯 M300 RTK+ DJI P1 自動(dòng)飛行，共采集數(shù)據(jù) 14076 張，大疆智圖集群建模耗時(shí) 25 小時(shí)[1]。
大疆行業(yè)應(yīng)用，為實(shí)景三維中國建設(shè)持續(xù)發(fā)力
實(shí)景三維張家界項(xiàng)目成果豐碩。“云上張家界 VR 地圖”產(chǎn)品集成 378 幅空中全景、26 處三維實(shí)景、3 處 VR 實(shí)景等多種數(shù)據(jù)，提供張家界智慧文旅重要數(shù)據(jù)底座，將科技和旅游完美結(jié)合，不僅能帶游客“云”游張家界，還能提供“吃住行游購?qiáng)省狈?wù)。
云上張家界三維 VR 地圖
實(shí)景三維的蝶變還將繼續(xù)。按照項(xiàng)目制定的“近期服務(wù)旅發(fā)大會(huì)、中期夯實(shí)基礎(chǔ)設(shè)施、長(zhǎng)遠(yuǎn)服務(wù)自然資源管理和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展”三期目標(biāo)，實(shí)景三維張家界將為數(shù)字政府建設(shè)、人居環(huán)境改善、國土空間規(guī)劃、耕地保護(hù)等提供更科學(xué)、精準(zhǔn)的測(cè)繪地理信息服務(wù)。
以大疆行業(yè)無人機(jī)、航測(cè)負(fù)載、建模軟件組成的大疆航測(cè)解決方案作為新型基礎(chǔ)測(cè)繪手段，覆蓋實(shí)景三維中國地形級(jí)、城市級(jí)、部件級(jí)各類場(chǎng)景，將進(jìn)一步推動(dòng)航測(cè)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，為實(shí)景三維中國提供強(qiáng)大的技術(shù)基礎(chǔ)。