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1、实景建模在平面场地规划中的应用一、技术开发背景当前我国城市化进程处于深入发展时期，城乡规划编制和管理面临新的要求与挑战。传统二维平面规划技术手段不足以应对新要求，无人机航空摄影测量、实景三维建模、三维GIS等前沿空间信息技术，为解决当前城乡规划难题提供了新途径。现阶段符合当前城乡规划行业需求的无人机倾斜摄影实景建模技术，生产面向城乡规划行业的实景三维模型，主要应用于平面场地规划的现状调查分析、规划方案对比、辅助政府部门审批监管等方面，提供天际线分析、敏感点分析、视域分析、工程建设监管等多项定性、定量分析，将传统平面场地规划行业技术手段从二维升级到三维，为城乡规划从业者们做出最终决定提供科学有效
2、地帮助，提高了规划设计的科学性，规划管理的效率，具有广泛的应用前景。二、技术发展简介无人机倾斜摄影实景建模技术（后简称“实景建模技术”）是近年国际测绘遥感领域发展起来的一项高新技术，主要原理为通过在飞行平台上搭载一台或多台倾斜摄影相机，同时从垂直、倾斜等不同的角度采集影像，通过专业软件进行解析空中三角测量、几何校正、同名点匹配、区域网联合平差等处理，最后将平差后的数据（三个坐标信息及三个方向角信息）赋予每张倾斜影像，使得他们具有在虚拟三维空间中的位置和姿态数据，合成高精度三维模型。至此倾斜影像即可进行实时量测，每张斜片上的每个像素对应真实的地理坐标位置。能有效的辅助投标勘探、土方计算、进度汇报
3、、辅助场布等工作。三、实景建模技术系统简介实景建模技术是是借助数码相机所拍摄的照片、录像，为当前环境轻松生成高分辨率的三维模型。建模完成后，您可在任何桌面或移动设备上快速方便的查看这些模型。对于实景建模系统来讲，不但要有数据采集，校正融合、处理建模，更要有后续的模型利用过程。实景模型和数字模型融合，可以解决基础设施行业很多的问题。实景三维建模的强大功能在于其提供的令人叹为观止的场景，可以实现不一样的管理方式、不一样决策方式、不一样运营方式，还可以借助Bentley的软件实现一些不可思议的功能。如光照分析、场地规划、场地测量、地形测绘等。例如，对于一个改造项目，我们需要精确的知道正在运行中的现实
4、模型的数据，并在此基础上进行深化改造。但是由于图纸欠缺，时间周期，人力成本等要求，我们无法通过传统的方式实现，而实景建模就是来解决这个需求。通过无人机、相机拍摄、激光扫描等技术，获取数据，然后通过实景建模系统的识别运算，生成三维模型，导入到我们前面讲的建模系统中，进行深化使用。通过实景建模系统，我们可以为客户创建几乎任意尺寸、极其详尽的三维模型，并且与传统的方式相比，速度更快，成本更低。而最强大的功能在于其提供的令人叹为观止的场景，可以实现不一样的设计方式、不一传统测绘方式的缺点样的施工管理方式、不一样的运营决策方式。通过“实景模型”即使不到现场也可以在实景模型中完成准确的实景测绘、实景方案模
5、拟、实景场地布置模拟、实景进度汇报、实景进度分析，即足不出户也可以像在现场一样，了解现场情况、解决现场问题、管理现场施工等。四、实景建模的应用方向 1、设计辅助: 通过三维实景模型，在平面、三维上辅助设计师进行项目设计，让设计不在从白纸开始；2、工程勘察、测绘：通过无人机扫描，可以创建几乎任意尺寸、及其详尽的三维模型可直接在模型中进行测量分析。避免测量误差，只需在模型中就可以测出精准的数据，并且可以通过三维模型直观的反应和分析现场数据；3、工程场地布置：通过照片核算好的三维实景模型，再借助Bentley的系列软件对场地进行区域划分和布置；4、工程方案研讨：通过会议方式直接在模型上对特殊施工区域
6、进行方案研讨；5、工程光照分析：利用实景模型与LumenRT结合，进行光照分析；6、工程监督管理：利用实景模型的静态状况、间断性的更新，对项目工程进行监督管理；7、记录、现场对比施工计划：可以把静态的实景模型作为工程进度资料存档记录，还可以通过模型反应工程进度，并且与进度计划作比较分析工程进度状况；8、总结汇报、施工现场实景展示：通过实景模型进行工作汇报、展示现场施工现状，可节省到现场巡查时间。五、实景建模的流程实景建模技术主要通过Bentley ContextCapture软件来实现。ContextCapture软件原理是分析从不同视点拍摄的几个照片的静态对象，并以自动检测对应于一个相同的物
7、理点像素，通过连续拍摄且有70%的重叠率的相邻两张照片自动生成高分辨率的三维模型。如雕塑、文物、街景、城市整体模型等都可以通过ContextCapture来实现。照片可以来自于任何数码相机或是智能手机中的相机。模型的精度主要取决于项目的任务目标、相片质量、拍摄距离、拍摄方式。实体建模工作流程六、实景建模的数据类型1.点云2.二维/三维要素和平面影像图（并以三维方式定位和定向）3.实景三维网格模型4.数字化自然环境七、ContextCapture软件介绍使用ContextCapture，可自动从通过多种数码设备拍摄的照片生成高分辨率的三维模型：数码相机、智能手机、无人机上安装的数码相机或专业机载
8、测量型单/多镜头航摄仪，适应各种尺寸的建模对象，比如从近景对象到中小型场所到街道到整个城市。只需要一组对静态建模主体从不同角度拍摄的数码照片作为输入数据源，为当前环境轻松生成高分辨率的三维模型，加入各种可选的额外辅助数据：传感器属性（焦距、传感器尺寸、主点、镜头失真等）、照片的位置参数（如GPS）、照片的姿态参数（如INS）、控制点等，无需人工干预在几分钟或数小时的计算时间内，更具输入数据大小，能输出高分辨率的带有真实纹理的三角网络模型。所输出的三维网络模型能够准确，精细的复原出建模主体的真实色泽，几何形态，具有逼真的精美细节，清晰的边缘及精确到几何特性。ContextCapture建模可用于
9、：分析/掌握现有条件、风险管理、监督建筑/施工项目、通过模拟培训地面工作人员。八、实景建模的应用领域应用领域包括数字城市，城市规划，交通管理，数字公安，消防救护，应急安防，防震减灾，国土资源，地质勘探，矿产冶金等，覆盖建筑设计，工程与施工，制造业，娱乐及传媒，电商，科学分析，文物保护，文化遗产等各方面。九、ContextCapture数据处理流程ContextCapture数据处理的过程是将航拍的照片和视频转换成实景模型的过程。在生成实景模型的过程中，它能还原照片和视频拍摄的位置（三空），再计算单张照片生成模型，模型生成是先从边缘开始再到中间位置。在处理照片的时候可以选择低精度处理和高精度处理
10、，即进行网格划分。网格划分为：矩形网格和三角网格。矩形网格和三角网格代表精度，网格越小，精度越高。由于每张照片和视频都含有空间位置信息，即照片的经度、纬度、高度信息。所以将航拍照片和视频导入ContextCapture 生成的模型即为实景模型，该模型的数据信息（长、宽、高、面积、体积等）与实景的数据信息一致，误差值最高 1% 。该模型的数据信息（长、宽、高、面积、体积等）可在ContextCapture里面直接提取，而ContextCapture在处理照片的过程中是无法修改数据的，因此ContextCapture生成的模型数据是真实的,即模型精度是真实的。若无人机带有GPS功能，生成的模型才能
11、与实景相符。若无GPS功能，生成的模型无法确定是否为实景。如无人机带GPS,还原照片拍摄位置的速度会更快。 通过 Context Capture 实景建模生成的模型，可直接在免费提供给客户的Acute3D viewer 中进行场地测量。实景模型垂直测距实景模型水平面积测量实景模型水平测距实景模型体积测量ContextCapture的兼容性非常好，支持的格式众多，我们可将通过ContextCapture 实景建 模软件所生成实景模型导出为多种格式的模型，再进行相应的二次处理，如渲染、动画等。 - ContextCapture 模型的原始格式为3MX； - 可将3MX格式导出为DGN格式，再导入到
12、Microstation里面做二次处理，如动画、渲染等； - 比较通用的格式一般为OBJ或FBX, 可转出为此格式，再导入到草图大师做方案设计或导入到3D MAX等对应的软件。十、实景建模在平面场地规划中的优势1在设计建模和施工建模期间，采集和可视化现有条件，形成详细、精确的二维和三维表示以实现背景吻合，加快设计流程，不再从空白画布开始，从而做出更好的决策；2.实景三维模型所构建的模型提供了极其丰富的三维环境，能够采集所有的细节，而不仅仅关注选定特征（如建筑）。能够在三维模型中进行地理定位，实景建模技术有三个关键点（远程操作、速度快、 全面准确），在Context Capture 实景三维建模
13、中可以获各个位置的地理定位，让用户获取的位置不再在只有相对而是跨越到了绝对地理位置。可以通过实景三维模型把控现场，可以节约时间、加快效率，达到跨越性的管理方式；3. 实景建模可以提高数据可视性和通用性，简化数据获取难度，降低理解难度、减少抽象内容； 4.实景建模主要是使用无人机设备现场扫描，可通过照片或是视频的方式把现场情况逐一反应。照片和视频，相较于不同的单位存在意义就不同、相较于工程项目的阶段不同也有不同的作用。照片和视频都可以记录真实作为档案存放，在必要的时候可以把一瞬即逝的“画面”记录下来并于再次展现，同时还可以作为项目工程宣传、汇报的资料，项目工程纠纷的证据，项目工程局部施工方案研讨
14、等作用。 5. 实景建模应用在城市规划中对于各设计单位将有可观的经济效益，能对数据进行实时的智能化处理，可缩短测量时间，减少测量资金，提高经济效益。实景建模可用于城市规划建设项目、道路状况建模以完成对道路状况的检测、地下管线建模以完成对地下管线的检测和维修，还可以用于矿山的体积测量，可以测量山体表面积、体积、长度、经纬度高程等。6.对于政府单位来说，实景建模可以运用在工程规划、设计和审查阶段用于现场勘查，利于全面了解施工地区及周边的环境，；在施工期间，无人机可以针对性地对面积、土石方体积、植被覆盖度、工程外观等进行勘查和测量，为环保部门判断环境评价结论和环境保护措施的合理性提供依据。无人机航摄
15、为城乡规划提供准确、可靠的信息，获取更加全面的地物纹理细节，便于更加准确的进行设计与施工，有效避免重建工作，有效缩短建设时间、减少建设时间。7. 实景建模由于通过飞行器采集倾斜影像，通过软件计算自动生成模型，极大减少了人工的投入，成本大大降低，大致为人工建模的1/2到1/3。倾斜摄影在获取了倾斜影像之后，主要是通过计算机实现自动化建模，其生产效率可以达到每平方公里费时三小时，即50平方公里可以在一周之内生产完毕。单从建模阶段同人工建模每人月0.2-0.3平方公里的效率相比较，两者生产效率可达到1:600。8.实景建模由于飞行器航摄时可搭载高精度的定位设备，以及通过地面控制点的辅助，其平面和水平误差可控制在20-30厘米，甚至在15厘米之内，达到大比例尺地图的精度要求。对比人工建模依赖底图的平面精度和人工判断误差高达数米的高程精度，具备明显的优势。倾斜摄影建模由于是在航拍影像的基础上，通过计算机自动构建的，不会存在人工建模时人为的选择性构建和修饰过程，可以还原真实世界的完整面貌，实现全要素覆盖的三维建模。十一、实景建模的应用示例规范：集成所有城市系统中的开发项目
