建筑物真三維圖形的攝影測(cè)量方法

本文利用影像上提取的直線(xiàn)信息建立建筑物的初始模型,根據(jù)已知的影像內(nèi)外方位元素將初始模型投影到影像上,結(jié)合最鄰近直線(xiàn)廣義點(diǎn)平差迭代計(jì)算建筑物的位置參數(shù)與形狀參數(shù),實(shí)現(xiàn)建筑物的半自動(dòng)三維重建。這種方法能夠減少運(yùn)算量,提高建模效率與建模精度。然后基于建筑物模型內(nèi)部約束,給出了詳細(xì)的帶約束條件的建筑物廣義點(diǎn)攝影測(cè)量平差模型,最后試驗(yàn)驗(yàn)證了其有效性。

建筑物立面圖是在與建筑物立面平行的鉛垂投影面上所做的投影圖,是城市規(guī)劃、建筑立面整治及建筑物日照分析的必備材料之一。建筑物立面圖的三種傳統(tǒng)測(cè)量方法都存在操作復(fù)雜、費(fèi)時(shí)費(fèi)力的缺點(diǎn),因此提出一種基于三維激光掃描技術(shù)的建筑物立面圖的測(cè)量方法,并采用三維激光掃描儀進(jìn)行了單個(gè)建筑物立面圖的測(cè)量,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析,精度合格,此方法可以應(yīng)用到立面圖的測(cè)繪中。

建筑物是地震災(zāi)害的重要受災(zāi)體,準(zhǔn)確的建筑物空間分布信息是災(zāi)害評(píng)估、應(yīng)急救援及震后重建的重要依據(jù)。建筑物基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取主要靠野外調(diào)查,耗時(shí)耗力,為更好的獲取建筑物的高精度數(shù)據(jù),本文中采用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行區(qū)域建筑物三維模型構(gòu)建,為研究區(qū)建筑物數(shù)據(jù)的獲取提供支持。以無(wú)人機(jī)低空影像采集平臺(tái)采集的吐魯番市主城區(qū)影像信息為基礎(chǔ),基于軟件平臺(tái)進(jìn)行航片信息與pos信息的空三解算,計(jì)算出密集的三維點(diǎn)云、數(shù)字正射影像及不規(guī)則三角網(wǎng),進(jìn)而完成研究區(qū)建筑物三維模型的構(gòu)建。結(jié)果表明:此方法構(gòu)建的三維模型能夠反映區(qū)域真實(shí)地物地貌,數(shù)據(jù)處理過(guò)程全自動(dòng)化,大大提高了生產(chǎn)效率。建立的研究區(qū)建筑物三維模型精度較高,可用于區(qū)域建筑物基本信息的識(shí)別,補(bǔ)充了現(xiàn)有數(shù)據(jù)獲取主要依靠野外調(diào)查的不足,數(shù)據(jù)獲取方式簡(jiǎn)單、省時(shí)省力。

分析了攝影測(cè)量三維城市建筑物建模的需求和攝影測(cè)量方法在建筑物三維重建和三維城市建筑物數(shù)據(jù)更新方面的優(yōu)勢(shì),討論了基于攝影測(cè)量的三維城市建筑物建模的方法、流程和技術(shù),實(shí)現(xiàn)了大范圍城市建筑物和單個(gè)復(fù)雜建筑物的高精度三維重建。

提出一種利用投影儀條紋投影技術(shù)完成三維坐標(biāo)測(cè)量的方法。測(cè)量系統(tǒng)包括兩部分:一是可以在三維坐標(biāo)內(nèi)自由移動(dòng)的測(cè)頭,另一個(gè)就是靜止不動(dòng)的面陣探測(cè)陣列。移動(dòng)的測(cè)頭上有微型投影儀,形成的投影條紋由面陣探測(cè)器接收。應(yīng)用相移算法精確測(cè)量探測(cè)器上的相位,并結(jié)合幾何系統(tǒng)模型通過(guò)最優(yōu)化方法確定測(cè)頭的xyz坐標(biāo)。給出了測(cè)量原理、迭代求解方法、計(jì)算機(jī)模擬和初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)中,微型投影裝置投影相移條紋由面陣探測(cè)器接收,利用相移條紋計(jì)算出的相位分布具有很高的精度和較強(qiáng)的抗噪聲能力,為后續(xù)的迭代優(yōu)化計(jì)算提供了基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該測(cè)量方法具有較高的測(cè)量精度。

數(shù)字城市的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)正在由傳統(tǒng)的二維形式向三維形式轉(zhuǎn)變,建設(shè)城市三維模型已成為數(shù)字城市工程的重要基礎(chǔ)工作。作為城市三維模型的核心構(gòu)成部分,建筑模型的數(shù)量巨大,生產(chǎn)成本高。數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)為建筑矢量數(shù)據(jù)的采集提供了有效途徑,但要進(jìn)一步縮減三維建模的工作量,需要對(duì)基于矢量線(xiàn)條的建筑結(jié)構(gòu)識(shí)別、建筑體面構(gòu)造以及各種復(fù)雜建筑構(gòu)型等方法和算法進(jìn)行研究,并開(kāi)發(fā)輔助人工的建筑三維建模軟件系統(tǒng)。該文以數(shù)字城市測(cè)量提取的建筑結(jié)構(gòu)線(xiàn)為基礎(chǔ),對(duì)計(jì)算機(jī)三維建模中涉及的關(guān)鍵算法進(jìn)行研究,提出了一種城市建筑三維快速建模的方法。

提出一種相位級(jí)次自編碼技術(shù)的相位測(cè)量方法。與傳統(tǒng)的相位測(cè)量技術(shù)不同,該方法利用截?cái)嘞辔坏奈⒎种底鳛榫幋a通道,完成對(duì)各條紋級(jí)次的編碼。構(gòu)造的代碼序列總長(zhǎng)度為投影條紋的周期數(shù),每個(gè)周期作為一個(gè)碼元,由相鄰若干碼元構(gòu)成一個(gè)代碼子序列。相位計(jì)算后,根據(jù)截?cái)嘞辔坏奈⒎中畔?可以提取出各周期及其碼元值,通過(guò)在設(shè)計(jì)的代碼序列中進(jìn)行代碼子序列匹配,即可確定各周期的序號(hào),從而引導(dǎo)相位展開(kāi),獲得絕對(duì)相位分布。采用希爾伯特變換對(duì)因編碼引起的局部相位誤差進(jìn)行了有效修正。該方法通過(guò)將編碼信息加載于截?cái)嘞辔环植贾?在計(jì)算截?cái)嘞辔坏耐瑫r(shí)獲得相位級(jí)次信息,不需要投影額外的編碼圖像,測(cè)量速度快,尤其適用于孤立物體的三維面形測(cè)量。

近年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高,航天航空技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)呈現(xiàn)飛速發(fā)展,遙感數(shù)據(jù)獲取能力得到了有效提升,形成了以多源(多平臺(tái)、多角度、多傳感器)、高分辨率(光譜、時(shí)間、空間、輻射)為特點(diǎn)的高效、多樣、快速的空天地一體化數(shù)據(jù)獲取手段。本文以拓普康獵鷹8號(hào)八旋翼無(wú)人機(jī)平臺(tái)為例,通過(guò)分析該平臺(tái)獲取的低空攝影測(cè)量數(shù)據(jù),利用smart3d軟件對(duì)建筑物進(jìn)行建模,為智慧城市的三維系統(tǒng)建設(shè)提供有力的技術(shù)保障。

為實(shí)現(xiàn)建筑物的快速可視化三維重建,對(duì)用地面激光掃描儀獲取的建筑物點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理,提出了一種擬合平面投影線(xiàn)的快速建模方法,并以geomagicstudio軟件為平臺(tái)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明該方法能提高模型三維重建速度,所建模型很好地再現(xiàn)了原始場(chǎng)景,建模效果好,方法可行。

以常熟服裝城鋼結(jié)構(gòu)天幕空間三維施工測(cè)量為例,總結(jié)了螺栓球節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、施工工藝,對(duì)螺栓球節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的控制測(cè)量、施工安裝測(cè)量精度保障措施,以及變形監(jiān)測(cè)的基本內(nèi)容和方法進(jìn)行詳細(xì)闡述,為其他類(lèi)似項(xiàng)目的施工測(cè)量提供參考。

針對(duì)傳統(tǒng)的建筑物建模方法需要大量人機(jī)交互操作,建模過(guò)程復(fù)雜和成本高的問(wèn)題,該文提出一種參數(shù)化建筑物三維建模方法。首先,以高分辨率遙感影像和建筑物立面影像作為數(shù)據(jù)源,在遙感和gis軟件平臺(tái)的支持下,提取建筑物的底面邊界、高度、樓層數(shù)、層高和屋頂類(lèi)型等空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù),并將其保存至gis空間數(shù)據(jù)庫(kù)。其次,提出基于拉伸、拆分、添加結(jié)構(gòu)面過(guò)程的建筑物主體結(jié)構(gòu)建模方案,并設(shè)計(jì)了模型自動(dòng)生成算法。進(jìn)一步,采用ruby面向?qū)ο笳Z(yǔ)言,通過(guò)調(diào)用sketchup平臺(tái)的應(yīng)用程序接口函數(shù),結(jié)合編程實(shí)現(xiàn)了建筑物的自動(dòng)化建模。最后,開(kāi)發(fā)了建筑物參數(shù)化建模插件。實(shí)際建模實(shí)驗(yàn)成果表明:該方法能夠顯著降低建模人員勞動(dòng)強(qiáng)度,提高建模效率。

隨著數(shù)字化測(cè)量的發(fā)展，三維激光掃描儀能夠快速地以多角度、高效、高精度方式獲取物體的表面三維數(shù)據(jù)，可以用于校園典型建筑物的三維建模。以云南師范大學(xué)呈貢校區(qū)內(nèi)的國(guó)立西南聯(lián)合大學(xué)紀(jì)念碑和國(guó)立昆明師范學(xué)院紀(jì)念柱為典型建筑物三維建模對(duì)象，首先采用徠卡p40三維激光掃描儀采集它的三維點(diǎn)云信息，然后利用cyclone軟件對(duì)多站式點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接、統(tǒng)一化和去燥，將處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入geornagicstudio軟件．對(duì)其進(jìn)行封裝、孔洞填充、平滑等相關(guān)處理，構(gòu)建其三維模型并對(duì)模型進(jìn)行紋理映射，最終完成校園典型建筑物點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三維模型構(gòu)建。該三維建模流程方法對(duì)校園典型建筑物的三維建?？扇〉幂^好的效果。

介紹了數(shù)字城市的框架體系和三維城市模型的建模過(guò)程,探討了城市建筑物的csg建模方法。該方法先根據(jù)建筑物的特征抽取csg體素,然后將這些體素進(jìn)行空間幾何變換和正則布爾運(yùn)算,形成建筑物的三維空間幾何模型,進(jìn)而表達(dá)建模過(guò)程和建筑物內(nèi)部的空間拓?fù)潢P(guān)系。

針對(duì)建筑物立面測(cè)量實(shí)際情況,提出了一種基于三維激光掃描和全站儀結(jié)合的建筑物立面測(cè)量方法。給出了方法的作業(yè)流程,提供了一種無(wú)須在外業(yè)測(cè)量時(shí)確定立面基點(diǎn)和方向點(diǎn)的全站儀測(cè)量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法,轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)在cad中展點(diǎn)連線(xiàn)繪制出建筑立面圖。工程實(shí)踐表明:該方法能高效快速地完成作業(yè),全數(shù)字化,精度高。

29三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于建筑物建模的測(cè)量方法研究

混凝土大壩體型測(cè)量是工程測(cè)量專(zhuān)業(yè)的一個(gè)全新課題。本文對(duì)泄洪建筑物表孔溢流面體型測(cè)量新方法進(jìn)行了詳細(xì)的敘述，并就實(shí)際應(yīng)用中的一些問(wèn)題進(jìn)行了探討，愿對(duì)測(cè)量實(shí)施者和測(cè)量成果應(yīng)用者有所幫助。

為了同時(shí)對(duì)大壩等大型建筑物被測(cè)點(diǎn)水平和垂直方向的移位進(jìn)行監(jiān)測(cè),提出一種基于幾何投影關(guān)系的光電檢測(cè)方法。該方法以透明模板為基底,將計(jì)量光柵制作在模板上,模板固定在被測(cè)結(jié)構(gòu)上。利用自聚焦準(zhǔn)直鏡的出射光束反映基準(zhǔn)線(xiàn)與模板的相對(duì)空間關(guān)系。接收鏡將載有模板模式信息的返回光束經(jīng)光纜傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)中心,經(jīng)光電變換、模數(shù)轉(zhuǎn)換和信號(hào)分析解出被測(cè)點(diǎn)的水平和垂直位移量。實(shí)驗(yàn)表明:水平位移檢測(cè)精度可達(dá)0.005mm,垂直位移檢測(cè)精度可達(dá)0.1mm。檢測(cè)點(diǎn)處的傳感器無(wú)任何電子學(xué)元件,對(duì)被測(cè)點(diǎn)部位惡劣環(huán)境有很好的適應(yīng)能力和抗干擾能力。

采用攝影測(cè)量方法獲取規(guī)則建筑物的幾何模型與表面紋理，重建其真三維圖形?？捎靡詳U(kuò)展攝影測(cè)量制圖系統(tǒng)，以適應(yīng)現(xiàn)代規(guī)劃、設(shè)計(jì)領(lǐng)域決策可視化要求，產(chǎn)生較大比例尺的大區(qū)域景觀圖。

提出了一種用攝影測(cè)量方法獲取的規(guī)則建筑物幾何模型和表面紋理，重建真實(shí)感３ｄ圖形的方法，用以擴(kuò)展攝影測(cè)量制圖系統(tǒng)，適應(yīng)現(xiàn)代規(guī)劃，設(shè)計(jì)領(lǐng)域決策的需要，產(chǎn)生較大比例尺的大區(qū)域景觀圖。

本文基于對(duì)幾種大尺寸產(chǎn)品的三維坐標(biāo)測(cè)量方法的研究，以及對(duì)結(jié)果的分析與總結(jié)，結(jié)合大地測(cè)量原理和相關(guān)測(cè)量經(jīng)驗(yàn)提出了一種船體分段搭載的可行性方法。

針對(duì)三維圖形算量軟件,介紹了其發(fā)展的過(guò)程,闡述了三維圖形算量軟件在建筑工程的招投標(biāo)、實(shí)施階段和決算階段的應(yīng)用,并與傳統(tǒng)的手工計(jì)算進(jìn)行了比較,以及推廣存在的一些問(wèn)題。

隨著城市建設(shè)速度的加快,很多建筑物需要整治改造,以進(jìn)一步改善城市的市容景觀。建筑平面圖和立面圖能為城市景觀整治提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù),但在實(shí)際測(cè)繪工作中,建筑物的平面圖和立面圖需要分開(kāi)測(cè)繪,這不僅增加了成本,也影響測(cè)繪進(jìn)度。在簡(jiǎn)述建筑物立面測(cè)量原理的基礎(chǔ)上,對(duì)建筑物立面測(cè)量和平面測(cè)量的基本關(guān)系進(jìn)行了闡述,利用autolisp語(yǔ)言編寫(xiě)點(diǎn)坐標(biāo)提取轉(zhuǎn)換程序,研究了全站儀結(jié)合gps-rtk在建筑物立平面一體化測(cè)量的方法,并通過(guò)工程實(shí)例來(lái)驗(yàn)證該方法的可行性,以此幫助測(cè)繪單位以較低的成本實(shí)現(xiàn)建筑物立平面一體化的測(cè)量。