基于ArcGISEngine的地震灾区无人机影像三维建模软件开发.docx

1基于ArcGISEngine的地震灾区无人机影像三维建模软件开发刘宇黄亮亮陈怡张琳赵丹妮中国地质大学北京信息工程学院中国北京100083摘要在大型地质灾害中第一时间应急救灾抢救人民的生命财产最为重要而无人机的最大特点就是灵活机动可以在第一时间获取重灾区的信息基于此特点利用嵌入式开发组件ArcGISEngine工具和C为主要开发语言开发出一套无人机高分影像三维建模系统可以直观地将灾情呈现在应急救灾指挥员面前方便他们快速制定正确的救灾方案关键词三维建模应急救援无人机ArcGISEngine基金项目大学生创新创业训练计划201411415019近年来地震频发震级较大的地震对灾区造成了严重的破坏因此地震发生时应急救援显得相当重要当这些事故突然发生时救援人员往往无法或不方便及时到达事故现场因为其特有的优势无人机在2008年汶川大地震2013年雅安地震2014年云南鲁甸地震等救灾工作中都有应用其快速的反应能力在突发事件应急处置工作过程中发挥了巨大的作用无人机可以进入测绘人员不能够到达的危险地带有效的保障测绘人员的人生安全并且无人机机动灵活携带方便起飞不需要专门跑道可以高危地区勘测能够有效避开云层和天气干扰获取影像分2辨率高可以直接作为三维景观重建的地图与载人飞机航空遥感和卫星遥感相比无人机影像成本更低时效性更好影像获取更简单分辨率更高与测绘人员直接施测相比无人机遥感测速更快效率更高通过对无人机遥感影像的处理得到了地震灾区的地形和地貌数据可以从处理后的无人机遥感影像中得到灾区的道路和房屋的损坏程度以及空间分布这样就给决策者提供了第一时间的地震灾区的信息以便更好的部署抗震救灾在地震后对示范区进行三维景观系统的建立可以对灾区的三维景观再现可以为灾后重建提供基础数据可以模拟地质次生灾害为灾后重建的规划提供决策信息可以查询信息为开发旅游提供导向信息在救灾过程中时间就是生命如果我们的应急测绘服务能在最短的时间内提供为指挥应急救援服务的工具我们的工作换来的就是更多的生命和国家财产安全1三维建模技术早期的三维建模是随着数字地球数字城市的提出以及发展而相应产生的目前实现三维建模的方式可以归纳为两种一种是基于程序设计的直接建模方式另一种是基于三维建模软件的间接建模方式建立三维模型基于程序设计的建模技术通常采用Java3DVRMShockwave3DLCult3D等方式但是各种方式都具有其利弊分别适用于不同方面ArcGIS是ESRI公司曁GIS与软件工程数据库网络技术人工智3能等技术之后推出的能够代表GIS的最高的技术水平的地理信息系统产品ArcScene是一个同时基于OpenGL以及TIN数据显示功能的模块其适用于展示三维场景的制作显示并且实现对在三维场景的漫游鹰眼可以对三维矢量格式数据与栅格数据进行交互ArcScene中的场景表现为平面投影并且适用于小范围内的精细场景的表现2无人机数据预处理无人机图像具有分辨率高的特性地物的轮廓完全清晰可见为此我们直接将拼接好的无人机影像作为底图对道路房屋山地轮廓在底图上直接矢量化来确定地物的几何形状所选数据为2014年云南鲁甸灾区影像对有阴影的建筑高程数据可以通过地面阴影的长度和遥感时太阳高度角计算建筑的高度信息这种方法计算的高度精度不高但是可以省去外业测量节约大量时间特殊建筑物可用常规测量的方法进行测量如果条件不充分以及精度要求高时高度信息需用专门测绘仪器进行外业测量确定但根据阴影长度和太阳高度角估算高程的方法是可以满足大部分精度要求不高情况的具体处理用ArcMap软件实现首先创建高程点要素和房屋线要素坐标系与遥感影像相同然后打开编辑扩展模块开始编辑绘制房屋轮廓添加必高程点并将高程信息加入各自属性表中高程点根据高程点和房屋高程数据创建tin输入数据分别为高程点和房屋的高程数据并注意创建约束性Delaunay选项打钩创建出tin4然后打开ArcScene加载原图并将原图属性中的基本高度设置为使用上一步中的tin调整好比例后效果如下图将数据保存为sxd文件3基于ArcGISEngine的三维建模功能二次开发ArcGISEngine为嵌入式开发组件是ArcGIS系列产品中用于开发人员创建和自定义地图应用程序的GIS组件的一个完整类库我们可使用ArcGISEngine提供的3DAnalyst类库开发GIS功能并嵌入到现有的应用程序中并可用3DAnalyst组件和接口开发自定义的三维建模应用程序我们在Windows7操作系统下开发以VisualStudio2010为开发平台开发语言为C利用ArcGISEngine接口类库作为GIS功能开发类库C是一种现代的面向对象的编程语言更为灵活和富有逻辑的编程语言它提高了开发人员的工作效率同时也消除了在编程的过程中可能导致的严重错误保证了开发人员所需要的灵活性和强大性具体步骤为在VisualStudio2010中创建一个CWindows应用程序添加相关ArcGISEngine的引用和控件并将相关控件调整位置然后将相关控件设为伙伴控件如将TOCControlToolBarControl与axSceneControl设置为伙伴控件并在license控件属性中将3DAnalyst控件打钩使3DAanalyst功能可用并在ToolbarControl控件中加入相关功能如图层的放缩小导航漫游飞行全图等功能最后综合调整加入上一步处理好的数据实现三维建模功能54结论无人机可代替测绘人员进入灾区避免测绘人员面临危险获取灾区第一时间影像并且无人机具有机动灵活携带方便安全且成本低廉适宜高危地区勘探等特点拥有广阔的市场前景本文运用VisualStudio2010开发平台C开发语言ArcGISEngine接口类库作为GIS功能开发类库以及ArcGIS软件ArcMapArcCatalog和ArcSense开发基于无人机实时数据应急救灾系统开发出对无人机数据三维建模软件基本实现了预期的功能该过程的研究实现了灾区影像预处理基于ArcGISEngine的编程实现三维建模为快速抗震救灾和灾后重建提供了数据参考具有一定的推广性利用无人机所拍摄的图像分辨率高这一特点本文详细介绍了利用无人机影像制作三维景观模型的步骤以2014年云南鲁甸地震为例制作了地震灾区的三维景观模型实现了地震灾区三维景观的多角度浏览基本地理数据查询及分析功能通过通过数据的获取和处理以及系统的研制为抗震救灾和灾后重建提供了准确详细可靠的决策支持信息参考文献彭博基于ArcGIS的三维地图制作J科技信息20141152李军基于地震灾区无人机遥感的地形图制作及三维重建技术研究D西南交通大学2012赵海龙基于面向对象的高分辨无人机影像灾害信息提取关键6技术研究D电子科技大学2012锥燕飞地质灾害应急地理信息数据库设计及其应用D山东科技大学2010张纪满韩宇鹏周振华史云飞基于二维图形数据的三维模型重建J电子技术与软件工程201421122ESRI公司ArcGISEngine开发指南M环境系统研究所公司美国2004288313ESRI公司ESRI中国北京有限公司ArcGIS轻松入门教程ArcGISEngineM2008责任编辑邓丽丽