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近几年,“移动测量系统”(Mobile Mapping System简称MMS)技术在公共设施普查(道路普查、部件普查等)、高速公路管理、警用GIS、智能交通等领域都得到了不同程度的应用,这种能够在车辆高速行驶中快速采集地理信息的技术也在应用中得到了很大的进展,但是由MMS得到的数据源与三维实体模型的结合却刚刚起步。所以研究基于MMS实景影像的街景快速三维重建,实现MMS实景影像与三维实体模型的融合是很有意义的。
本文研究的主要内容是利用由3S测量车获得的MMS实景影像和GPS数据定位定姿结果与影像地理参考之后的数据关系,结合摄影测量中立体像对的前方交会原理,在AutoCAD2007环境下开发MMS实景影像与三维实体模型集成的实验原形系统,实现MMS立体像对中两点距离的量测,三维地物属性的录入、查询与变更,并实现MMS实景影像与三维实体模型的有效融合,研究系统开发过程中的一些关键性问题及三维快速重建过程中的关键性问题。本文运用具有摄影测量解析所需要的内外方位位置元素和姿态参数的立体影像序列,结合移动道路测量系统提供的检校参数,根据前方交会原理实现多层次的按需测量:运用轨迹点与影像名称的对应关系实现影像与三维实体模型的互动。论文的主要贡献和创新点主要有以下几个方面:
1.MMS实景影像外方位直线元素的解算。运用摄影瞬间GPS的绝对坐标、平台姿态及GPS与相机的相对位置关系确定MMS影像的外方位直线元素,恢复影像与被摄地面之间的相互关系。
2.由已知的外方位角元素及像点的坐标,根据摄影测量中像方空间坐标系转换原理确定像点的像空间辅助坐标。解算中需要按行读取文本中每个相机的外方位角元素,根据MMS实景影像大小(1624×1234)确定像点的像素坐标。
3.根据确定好的像点像素坐标、解算的影像外方位元素、已知的内方位元素,结合立体像对的空间前方交会原理实现从像方量测值到相应点在物方的坐标的解算。解算时需要按行读取文本中内方位元素。
4.影像与模型的融合。地理参考后的结构是轨迹点的位置坐标与在这一点拍摄的影像名称存储在文本中的同一行中,一一对应,运用这一点实现二者的联动。
5.定制属性图层,方便三维实体模型属性的录入、查询、变更。通过CAD中实体数据扩展结构存储完成属性数据的定制,即将需要建立的数据项建立一张表,在每个实体中赋值到对应扩展数据项,当修改和录入的时候就可以对应的赋值了。
6.坐标系变换问题。实验系统中涉及到两种必要的变换,一种是实现量测功能时像方空间坐标系与物方空间坐标系的变换,定义地面摄影测量坐标系与地面测量坐标系的原点相同,这样将有利于得到最终成果数据;另一种是不同椭球基准间的坐标转换,特别是WGS-84坐标系与其他坐标系之间的转换。
7.整合建模前二维矢量图中不规范数据。部分二维矢量图存在房屋、花圃等面状要素不闭合问题,影响模型的建立,针对这一问题,在CAD中编写批量修整的命令。
本文研究了MMS实景影像和三维实体模型融合的理论、方法和设计,在VS.NET框架下运用OBJECT ARX开发技术结合LISP开发技术,最终在AutoCAD2007环境里开发了一个实验系统,利用MMS作业后GPS与相机的数据对相关及影像对与GPS绝对参数相关的方法进行了实验研究,验证了本文研究思路的可行性和有效性。本文对MMS实景影像与三维实体模型的集成及与属性关联进行了初步的探索,开辟了移动道路测量系统领域的新境界,也为三维模型快速重建提供了新途径,对今后MMS领域与三维建模领域的有效融合有着一定的意义。