一(yī)、業務需求

      近年來，高分(fēn)辨率衛星獲得了較快的發展，其獲取的圖像經過輻射校正後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(yī)地域的重訪周期大(dà)大(dà)縮短，非常有利于對目标場景的三維精細化建模，并使利用高分(fēn)辨率衛星影像制作三維地形及建築物(wù)建模成爲可能。便于對全球範圍内地形地貌、地理環境和相關自然與人文現象等信息進行采集、處理與應用。高分(fēn)辨率衛星數據有了更多地使用價值和空間。得益于高分(fēn)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(shēng)産方面有着廣闊的前景。

      通過利用快速影像匹配技術，生(shēng)成DOM自動或者半自動人工(gōng)地物(wù)的采集的方式獲取影像的建築物(wù)表面紋理。最後實現基于衛星影像的三維建模。這種模式可以爲無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(fēn)辨率光學衛星影像進行重點目标及建築物(wù)精細化三維建模的方法。以國内外(wài)主流高分(fēn)辨率光學衛星影像數據爲主要數據源，以DEM／ DOM、控制點數據等已有數據庫爲控制通過平差得到影像位置，自動提取三維點雲，利用算法從點雲提取三角面網格制作感興趣區域粗略高程模型，聯系區域對象的平坦程度，對三角網進行平整、簡化，進行紋理化。通過此方法得到的衛星三維模型紋理對應性精度更有保證，紋理均爲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，使得多源數據發揮一(yī)加一(yī)大(dà)于二的效能。與InSAR等數據及矢量數據疊加便于一(yī)步實現平面/高程與趨勢屬性數據的拟合，便于更真實的呈現模拟效果，更好的服務與相關行業。

三、服務模式

• 常規模式

      常規拍攝過程中(zhōng)采用計劃編程下(xià)單模式，提供的衛星數據須經過輻射校正和系統幾何校正，分(fēn)辨率滿足優于1米，應包括全色波段、藍(lán)波段、綠波段、紅波段與近紅外(wài)波段等多光譜信息。對提供的原始影像數據，實時雲量判讀，準确性達到98%及以上，提供統計報表。後期影像拼接色彩調整服務，影像在大(dà)範圍顔色和色調顯示基本一(yī)緻，圖像色相及亮度調整後，相鄰幅重疊區域，亮度相差低于10%，合理地選擇鑲嵌線，并進行羽化處理，鑲嵌後達到相鄰影像色調基本一(yī)緻。原始影像質量整體(tǐ)精度一(yī)緻、色調均勻、紋理清晰、反差适中(zhōng)、色彩自然過渡、水利要素突出。

      常規模式下(xià)三維實景建模系統采用全自動+人工(gōng)幹預的三維實景處理流程，利用集群優勢結合系統編輯作業模式對三維模型及單體(tǐ)化進行快速生(shēng)産和必要編輯，生(shēng)産出滿足精度要求的标準三維産品。

• 應急模式

      由于每顆衛星的數據獲取能力和特點的不同，包括衛星搭載的傳感器類型、側視能力、成像模式、分(fēn)辨率、觀測波譜、有效地面視場、重訪周期等的差異，使得用戶迫切需要一(yī)套能夠分(fēn)析在一(yī)定時間周期内，實現對感興趣區域的多星、多傳感器、多成像模式的聯合成像解決方案，包括時效性及覆蓋能力的分(fēn)析等實際應用需求。這種聯合成像解決方案不但能夠在航天器的研發過程中(zhōng)，爲有效載荷、單星及星座平台的研發作論證支撐；特别是當地震、洪水等重大(dà)自然災害發生(shēng)時，這種聯合成像解決方案将更能夠滿足災害快速響應的需要，充分(fēn)發揮遙感技術在科學救災減災中(zhōng)的重大(dà)作用。

      同時在處理過程中(zhōng)三維實景處理系統采用全自動三維實景處理流程，利用集群優勢完成從空三加密、影像匹配到三維模型制作的全過程，快速響應應急生(shēng)産需求。

四、方案組成

• 數據采集

      爲确保模型質量（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(fēn)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、基于圖形用戶界面，進行數據輸入輸出和整個處理流程管理， 任務管理至少包括創建任務、提交任務、任務處理進度監控、處理結果可視化等；

     2.軟件計算過程無需人工(gōng)幹預，所輸出的三維格網模型能夠準确、精細地複原出建模主體(tǐ)的真實細節構成，能輸出高分(fēn)辨率的帶有真實紋理的三角網格模型；

     3.軟件能良好支持衛星遙感的數據處理，支持無GPS，完整/非完整GPS軌迹數據，及完整GPS/姿态角數據，地面控制點數據等結合處理；

     4.支持人工(gōng)修飾模型，并将人工(gōng)修飾後的模型進行紋理自動映射；

     5.任務序列管理與監控（支持任務序列調度管理，支持任務處理進度實時監控）；

     6.軟件支持主從式分(fēn)布式運算，軟件在進行空三和建模運算過程中(zhōng)不會影響和中(zhōng)斷軟件主界面的功能和操作。

五、方案特點

     1.遙感影像覆蓋範圍廣、成本低而且較高的分(fēn)辨率所以能夠快速獲取精确的數據。

     2.具有高度自動化的流程：模塊通過平差得到影像位置，實現提取三維點雲、三角面網格提取及紋理化的自動處理。

     3.高效率：1周-4周左右/一(yī)個城市或者400km²（20公裏*20公裏）。

     4.數據處理對地面控制點依賴性低。僅需要極少的地面控制點就可滿足低分(fēn)辨率實景三維模型的生(shēng)産需求。

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

六、應用領域

      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(zī)源，地質勘探，礦産冶金等，覆蓋建築設計，工(gōng)程與施工(gōng)，文物(wù)保護，文化遺産等各方面，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