一、業(yè)務(wù)需求

      近年來(lái)，高分辨率衛星獲得了較快的發(fā)展，其獲取的圖像經(jīng)過(guò)輻射校正后達到了相當高的精度，結合衛星變軌或相機側擺等方式，同一地域的重訪(fǎng)周期大大縮短，非常有利于對目標場(chǎng)景的三維精細化建模，并使利用高分辨率衛星影像制作三維地形及建筑物建模成為可能。便于對全球范圍內地形地貌、地理環(huán)境和相關(guān)自然與人文現象等信息進(jìn)行采集、處理與應用。高分辨率衛星數據有了更多地使用價(jià)值和空間。得益于高分辨率衛星數據源的日益豐富，以及多源遙感衛星影像處理能力的不斷增強，三維模型生產(chǎn)方面有著(zhù)廣闊的前景。

      通過(guò)利用快速影像匹配技術(shù)，生成DOM自動(dòng)或者半自動(dòng)人工地物的采集的方式獲取影像的建筑物表面紋理。最后實(shí)現基于衛星影像的三維建模。這種模式可以為無(wú)法或很難獲取航飛數據的區域提供三維建模方案。

二、方案描述

      利用高分辨率光學(xué)衛星影像進(jìn)行重點(diǎn)目標及建筑物精細化三維建模的方法。以國內外主流高分辨率光學(xué)衛星影像數據為主要數據源，以DEM／ DOM、控制點(diǎn)數據等已有數據庫為控制通過(guò)平差得到影像位置，自動(dòng)提取三維點(diǎn)云，利用算法從點(diǎn)云提取三角面網(wǎng)格制作感興趣區域粗略高程模型，聯(lián)系區域對象的平坦程度，對三角網(wǎng)進(jìn)行平整、簡(jiǎn)化，進(jìn)行紋理化。通過(guò)此方法得到的衛星三維模型紋理對應性精度更有保證，紋理均為原始影像上計算獲得，與其他地理信息數據信息或屬性數據可以更好的疊加，使得多源數據發(fā)揮一加一大于二的效能。與InSAR等數據及矢量數據疊加便于一步實(shí)現平面/高程與趨勢屬性數據的擬合，便于更真實(shí)的呈現模擬效果，更好的服務(wù)與相關(guān)行業(yè)。

三、服務(wù)模式

• 常規模式

      常規拍攝過(guò)程中采用計劃編程下單模式，提供的衛星數據須經(jīng)過(guò)輻射校正和系統幾何校正，分辨率滿(mǎn)足優(yōu)于1米，應包括全色波段、藍波段、綠波段、紅波段與近紅外波段等多光譜信息。對提供的原始影像數據，實(shí)時(shí)云量判讀，準確性達到98%及以上，提供統計報表。后期影像拼接色彩調整服務(wù)，影像在大范圍顏色和色調顯示基本一致，圖像色相及亮度調整后，相鄰幅重疊區域，亮度相差低于10%，合理地選擇鑲嵌線(xiàn)，并進(jìn)行羽化處理，鑲嵌后達到相鄰影像色調基本一致。原始影像質(zhì)量整體精度一致、色調均勻、紋理清晰、反差適中、色彩自然過(guò)渡、水利要素突出。

      常規模式下三維實(shí)景建模系統采用全自動(dòng)+人工干預的三維實(shí)景處理流程，利用集群優(yōu)勢結合系統編輯作業(yè)模式對三維模型及單體化進(jìn)行快速生產(chǎn)和必要編輯，生產(chǎn)出滿(mǎn)足精度要求的標準三維產(chǎn)品。

• 應急模式

      由于每顆衛星的數據獲取能力和特點(diǎn)的不同，包括衛星搭載的傳感器類(lèi)型、側視能力、成像模式、分辨率、觀(guān)測波譜、有效地面視場(chǎng)、重訪(fǎng)周期等的差異，使得用戶(hù)迫切需要一套能夠分析在一定時(shí)間周期內，實(shí)現對感興趣區域的多星、多傳感器、多成像模式的聯(lián)合成像解決方案，包括時(shí)效性及覆蓋能力的分析等實(shí)際應用需求。這種聯(lián)合成像解決方案不但能夠在航天器的研發(fā)過(guò)程中，為有效載荷、單星及星座平臺的研發(fā)作論證支撐；特別是當地震、洪水等重大自然災害發(fā)生時(shí)，這種聯(lián)合成像解決方案將更能夠滿(mǎn)足災害快速響應的需要，充分發(fā)揮遙感技術(shù)在科學(xué)救災減災中的重大作用。

      同時(shí)在處理過(guò)程中三維實(shí)景處理系統采用全自動(dòng)三維實(shí)景處理流程，利用集群優(yōu)勢完成從空三加密、影像匹配到三維模型制作的全過(guò)程，快速響應應急生產(chǎn)需求。

四、方案組成

• 數據采集

      為確保模型質(zhì)量（包含模型的結構完整度和紋理提取等），采用的數據需是亞米級分辨率傳感器且從不同角度拍攝的影像。

• 數據處理系統

     1.基于Windows操作系統、基于圖形用戶(hù)界面，進(jìn)行數據輸入輸出和整個(gè)處理流程管理， 任務(wù)管理至少包括創(chuàng )建任務(wù)、提交任務(wù)、任務(wù)處理進(jìn)度監控、處理結果可視化等；

     2.軟件計算過(guò)程無(wú)需人工干預，所輸出的三維格網(wǎng)模型能夠準確、精細地復原出建模主體的真實(shí)細節構成，能輸出高分辨率的帶有真實(shí)紋理的三角網(wǎng)格模型；

     3.軟件能良好支持衛星遙感的數據處理，支持無(wú)GPS，完整/非完整GPS軌跡數據，及完整GPS/姿態(tài)角數據，地面控制點(diǎn)數據等結合處理；

     4.支持人工修飾模型，并將人工修飾后的模型進(jìn)行紋理自動(dòng)映射；

     5.任務(wù)序列管理與監控（支持任務(wù)序列調度管理，支持任務(wù)處理進(jìn)度實(shí)時(shí)監控）；

     6.軟件支持主從式分布式運算，軟件在進(jìn)行空三和建模運算過(guò)程中不會(huì )影響和中斷軟件主界面的功能和操作。

五、方案特點(diǎn)

     1.遙感影像覆蓋范圍廣、成本低而且較高的分辨率所以能夠快速獲取精確的數據。

     2.具有高度自動(dòng)化的流程：模塊通過(guò)平差得到影像位置，實(shí)現提取三維點(diǎn)云、三角面網(wǎng)格提取及紋理化的自動(dòng)處理。

     3.高效率：1周-4周左右/一個(gè)城市或者400km2（20公里*20公里）。

     4.數據處理對地面控制點(diǎn)依賴(lài)性低。僅需要極少的地面控制點(diǎn)就可滿(mǎn)足低分辨率實(shí)景三維模型的生產(chǎn)需求。

     5.高精度:平差可調可控保證模型提取的幾何基礎；模型相對精度約為5個(gè)像素，模型整體質(zhì)量與獲取的多角度影像相關(guān)，絕對精度與傳感器提供的初始精度相關(guān)；利用控制點(diǎn)達到1.5-2m CE90 (即影像中90%以上兩點(diǎn)之間測得的結果與實(shí)測值之間的誤差在1.5-2米以?xún)?。

六、應用領(lǐng)域

      包括數字城市，城市規劃，交通管理，數字公安，消防救護，應急安防，防震減災，國土資源，地質(zhì)勘探，礦產(chǎn)冶金等，覆蓋建筑設計，工程與施工，文物保護，文化遺產(chǎn)等各方面，應用前景非常廣闊。

七、模型展示

圖：3D衛星三維模型(13景)

圖：衛星三維模型（11景）

圖：非城區三維模型

圖：非城區三維模型