Applicazione di Image RTK nella modellazione 3D di edifici antichi

Costruire modellazione 3D - vRTK

L'architettura antica rappresenta una testimonianza della civiltà umana e della sua storia. È parte integrante del nostro patrimonio culturale, ma purtroppo a causa del decadimento naturale causato da fattori geografici, sta lentamente svanendo. Con l'avvento della tecnologia 3D, tuttavia, ora possiamo ricreare alcune di queste grandi opere con vividi dettagli! Questa tecnologia non solo ci consente di proteggere meglio le strutture antiche da un ulteriore deterioramento, ma le preserva anche per i posteri.

Contesto del progetto

Su richiesta di un cliente, lo studio UAV e la Scuola di Architettura e Ingegneria di una scuola nella provincia di Hunan, in Cina, hanno eseguito un preciso lavoro di modellazione 3D su due importanti siti storici: l'ex residenza di Huang Xing e la vecchia casa di Xu Guangda. Il primo è ufficialmente elencato come un'importante unità di protezione delle reliquie culturali e copre un'area che raggiunge i 6,45 acri. D'altra parte, Xu Guangda è anche noto per essere stato uno studioso influente durante la sua vita e fino ad oggi ha lasciato molte opere preziose. Attraverso i risultati della nostra ricerca ottenuti da foto aeree ad alta definizione combinate con l'analisi dei dati della tecnologia di telerilevamento terrestre raccolti utilizzando veicoli aerei senza pilota (UAV), speriamo di comprendere meglio le loro storie per le generazioni successive preservando il loro patrimonio culturale per scopi di studio futuri.

Analisi dei punti critici

La modellazione 3D tradizionale spesso si basa sui dati raccolti dalla fotografia di inclinazione dell'UAV, tuttavia, questo metodo presenta i suoi limiti che non soddisfano le esigenze della modellazione di precisione. Innanzitutto, a causa di problemi di angolazione e distanza, non è possibile catturare una trama sufficientemente dettagliata per la facciata. In secondo luogo, molti edifici tradizionali hanno grondaie larghe che possono essere difficili o impossibili da catturare attraverso la fotografia inclinata dell’UAV. In terzo luogo, l'ostruzione degli alberi attorno all'edificio impedisce alla fotografia inclinata dell'UAV di catturare completamente la struttura della facciata dell'edificio.

Per compensare alcune di queste inadeguatezze del metodo di modellazione della fotografia inclinata dell'UAV, vengono comunemente utilizzati metodi supplementari come il controllo manuale dell'UAV per scattare foto aggiuntive delle facciate e dei dettagli degli edifici - ma anche in questo caso rimangono delle sfide dovute alla sua natura limitante. per strutture alte o grandi con spazio sufficiente attorno agli edifici. L'ex residenza in questo progetto è una casa a un solo livello e intorno sono presenti alberi ad alto fusto, quindi è stato identificato che questo metodo presenta maggiori rischi per la sicurezza rispetto ad altri metodi disponibili. Pertanto non è adatto all'uso. Un altro metodo consiste nello scattare manualmente ulteriori foto dell'edificio, come la facciata e i dettagli dell'edificio residenziale, utilizzando una normale fotocamera. Tuttavia, questo metodo pone anche ulteriori difficoltà nell'integrazione delle foto comuni e aeree nella fase di post-elaborazione, poiché non ci sono dati accurati sulla posizione POS sulle foto comuni né manca un'efficace stratificazione e sovrapposizione con le foto aeree, inoltre, la risoluzione e il CMOS la dimensione del punto dell'immagine tra le normali fotocamere e la fotocamera per ricognizione aerea è diversa. Pertanto, questo metodo non è applicabile.

Questa limitazione dei tradizionali metodi di modellazione 3D ha portato gli esperti del settore a esplorare alternative per la modellazione fine degli edifici.

Programma di attuazione

L'attività adotta il sistema di procedura collaborativa di Hi-Target vRTK + UAV per perfezionare i modelli 3D. Abbiamo applicato la fotografia inclinata dell'UAV per ottenere immagini del tetto e dell'elevazione e vRTK per riprendere immagini della facciata dell'edificio. Successivamente, unendo i risultati dell'aerotriangolazione, ottenuti dal calcolo separato dell'aerotriangolazione, per la modellazione 3D diretta.

Il vantaggio più significativo di questa soluzione è che le immagini scattate da vRTK, un RTK GNSS con tecnologia di posizionamento delle immagini, contengono dati POS accurati (precisione del livello RTK) ma condividono anche lo stesso sistema di coordinate e non è necessario impostare punti di connessione o punti di controllo dell'immagine durante il calcolo dell'aerotriangolazione.

Questo metodo riduce il carico di lavoro e rende il lavoro d'ufficio più semplice di prima.

Flusso di lavoro

1. Applicazione fisica

1）Fotografia inclinata dell'UAV

Applicazione del metodo di fotografia con inclinazione in cinque direzioni quando si utilizza un UAV di marca cinese per la fotografia aerea con inclinazione.

2) Fotografia a distanza ravvicinata da terra vRTK

Utilizzo del vRTK per scattare foto ravvicinate dei muri degli edifici che devono essere catturati a fuoco e delle superfici nascoste dagli alberi.

Il metodo di ripresa consiste generalmente nell'prendere una facciata come oggetto ed effettuare le riprese sovrapponendo le immagini vicine, posizionando la telecamera con distanze vicine e lontane e inclinando la visuale. come mostrato di seguito.

Nel processo, la fotografia a terra ravvicinata Hi-Target vRTK per scattare immagini aggiuntive deve condividere lo stesso sistema di coordinate e sistema di elevazione con la fotografia inclinata dell'UAV. In questo progetto vengono utilizzati il geoide, il China Geodetic Coordinate System 2000 e la stazione base China Mobile CORS. Dopo due ore di funzionamento, il tecnico ha completato il set di dati fisici delle due ex abitazioni.

2. Trattamento dei dati

Le foto aeree raccolte dall'UAV e le foto ravvicinate dell'edificio raccolte da Hi-Target vRTK vengono elaborate rispettivamente mediante aerotriangolazione e tutti i risultati dell'aerotriangolazione vengono combinati per la modellazione 3D nell'ultima fase. Per elaborare tutti i dati sono necessarie due ore in totale.

Risultato

Attraverso il modello 3D generato, è evidente che le immagini aggiuntive scattate dal vRTK hanno migliorato notevolmente la struttura della facciata dell'edificio e hanno integrato i membri della grondaia mancanti e il modello di facciata dell'edificio mancante con ombreggiatura degli alberi grazie alla fotografia di inclinazione dell'UAV.

Rispetto al modello 3D generato solo dalla fotografia inclinata dell'UAV, il modello 3D generato questa volta può mostrare chiaramente la struttura dettagliata dell'edificio, sia gli elementi architettonici sulla facciata, sotto la grondaia e gli alberi, sia gli elementi culturali di supporto l'immobile può essere finemente esposto per soddisfare le esigenze di progetto.

Sintesi del progetto

Attraverso la realizzazione di questo progetto si possono trarre le seguenti conclusioni.

(1) Il metodo di applicazione del vRTK Hi-Target per compensare le riprese a terra, in combinazione con la fotogrammetria UAV, migliora notevolmente l'efficienza lavorativa. Sono necessarie solo due ore per completare la raccolta dati su un'area totale di 8,07 acri dei due ex campi di residenza.

(2) Le foto vRTK Hi-Target con dati POS condividono lo stesso sistema di coordinate delle foto aeree UAV, consentendo la modellazione interna senza utilizzare punti di connessione e unendo direttamente i risultati dell'aerotriangolazione per la modellazione, il che semplifica il processo operativo interno, riduce il carico di lavoro del industria interna e migliora l'efficienza dell'elaborazione interna impiegando solo 2 ore per completare la raffinata costruzione del modello.

(3) I parametri correlati tra UAV e Hi-Target vRTK sono vicini e non causano grandi differenze nella risoluzione dell'immagine, quindi la fusione di modellazione è forte e il modello 3D generato è naturale e fine.

(4) Le foto da terra scattate da Hi-Target vRTK hanno integrato e migliorato efficacemente i dettagli locali e le trame dell'edificio e hanno risolto il problema di ottenere le trame dell'edificio sotto la grondaia e oscurate dagli alberi.