01
Rebuilding after Hawaii’s wildfire
with engineering-grade surveying
以工程級測量標準
助力夏威夷災(zāi)后重建工作
The challenge
挑戰(zhàn)
2023年8月8日至9日,一場山火肆虐了夏威夷州毛伊島,整個拉海納鎮(zhèn)焚燒到僅剩約20%。
小鎮(zhèn)拉海納擁有1.3萬人口。面對清理廢墟、重建家園、恢復企業(yè)和設(shè)施的艱巨任務(wù),受災(zāi)群眾心余力絀,亟需公共部門和私有部門的多方協(xié)同努力。
于是,為了實現(xiàn)作業(yè)畫面共享,促進各方高效配合,8th Axis聯(lián)合Phase One(相機)、Skyline(軟件)和AeroSpatial(數(shù)據(jù)處理),于同年11月啟動了拉海納全方位三維地理空間模型的構(gòu)建項目。該項目采用Phase One P3載荷方案,結(jié)合大疆M300/M350無人機,實現(xiàn)即插即用,多功能集成。
02
An unprecedented aerial forensic survey
一次史無前例的航空取證測量
該項目于2023年啟動,旨在為拉海納繪制一份完整地圖,區(qū)域覆蓋面積約3000英畝(約合1214公頃/12平方公里),精度高達5毫米地面采樣距離(GSD)。
8th Axis業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理大衛(wèi)·德拉蒙德(David Drummond)表示:“據(jù)我們所知,即便是在美國,這也是首次進行如此大規(guī)模且高分辨率的測量項目?!?/span>
超高分辨率影像的獲取,使得團隊得以通過數(shù)據(jù)分層技術(shù),為拉海納重建精準的三維網(wǎng)格模型,實現(xiàn)極致的細節(jié)渲染和清晰的幾何圖形。
大衛(wèi)表示:“在我們展示三維網(wǎng)格的截圖時,人們無法區(qū)分這究竟是網(wǎng)格圖還是實際照片。由于超高的細節(jié)程度,我們將其稱為“航空取證測量”,這一技術(shù)不僅支持圖像放大,還可以遠程檢查?!?/span>
03
Helping safer, more efficient recovery efforts
助力更安全高效的重建工作
項目以單個基線信息源為根本,加之易于理解的視覺形式,助力現(xiàn)場諸多機構(gòu)或利益相關(guān)方進行有效的任務(wù)協(xié)調(diào)和分配。
該項目成功促進了夏威夷應(yīng)急管理中心(HEMA)與縣級、州級、聯(lián)邦和私營合作伙伴之間的緊密交互,允許不同機構(gòu)合作規(guī)劃救援和響應(yīng)工作,共享注意事項,并對區(qū)域、個人財產(chǎn),甚至某個廢墟進行遠程檢查,無需使人員暴露于可能存在毒性和危險的環(huán)境中。
HEMA管理人員詹姆斯·巴洛斯(James Barros)稱:“擁有更清晰的災(zāi)害現(xiàn)場影像對應(yīng)急管理人員來說是一個令人激動的進步?!?/span>
他還表示:“三維成像有助于對相關(guān)區(qū)域進行分流,最大限度地調(diào)動資源和專家?!?/span>
其中,水文模型就是優(yōu)秀的例子,它能夠幫助應(yīng)急小組選取最有效的屏障安裝地點,從而在有強降水情況下控制徑流遠離燒傷疤痕。
地面控制由毛伊島當?shù)氐腇ukumoto Engineering公司提供。
04
A certified engineering–grade aerial survey
經(jīng)認證的工程級航測
該項目是一次正式的測量作業(yè),其攝影測量數(shù)據(jù)不僅經(jīng)過持證測量員的簽字和認證,而且也已通過工程級精度驗證,符合甚至超過美國攝影測量與遙感學會制定的數(shù)字地理空間數(shù)據(jù)精度標準(ASDGA)。
這意味著設(shè)計師和工程師可以將三維網(wǎng)格導入CAD程序,并以三維網(wǎng)格為基礎(chǔ)文件為拉海納重新搭設(shè)建筑和基礎(chǔ)設(shè)施。
05
Precise, independent volumetric measurements
獨立的高精度體積測量
高精度的地理空間數(shù)據(jù)允許工作人員在三維模型中對建筑和廢墟進行精準測量。在未來的3到5年內(nèi),8th Axis還將按需進行二次測量,對比各次測量結(jié)果,更準確評估重建進度。
為此,項目運用了AI賦能的的體積變化測量技術(shù),對地形變化和廢墟體積的清理進度進行高精度分析,幫助政府利益相關(guān)方擺脫對承包商和分包商單方面報告的依賴,獨立跟蹤和驗證相關(guān)信息。此技術(shù)也可幫助美國陸軍工程兵團(USACE)等政府實體更清楚地了解各自的時間線,精準捕捉關(guān)鍵時間節(jié)點。此外,通過優(yōu)化成本審計流程,該技術(shù)還能降低成本,提升項目的整體協(xié)調(diào)與規(guī)劃效率。
基線測量和后續(xù)二次測量的準確性對該數(shù)據(jù)集的有效期和相關(guān)性至關(guān)重要。
06
Phase One accuracy at speed gives robust data
速度精度雙贏
Phase One提供穩(wěn)健數(shù)據(jù)
團隊成功實現(xiàn)了5毫米的GSD精度目標,這一顯著成果得益于Phase One P3載荷方案與35毫米鏡頭的完美搭配。
P3可輕松集成至大疆M300/M350無人機,這使得團隊能夠在Nadir模式下,以精確的重疊度和飛行速度全面覆蓋整個3000英畝的項目區(qū)域。
“P3使我們能夠以遠超其他相機的速度捕捉數(shù)據(jù)。在飛行高度和速度相同時,P3的GSD遠超其他相機?!?/span>
——David Drummond
(Business Development Manager at 8TH Axis
整個項目歷時5天。在此期間,團隊采用了不同的影像捕捉方式,成功將3000英畝的項目區(qū)域進行了兩次的覆蓋。
大衛(wèi)堅信,即便是當前最先進的商用現(xiàn)成工業(yè)相機,也可能要花費10天時間,且獲得的成效只能達到當前的40%。
項目的攝影測量效率遠超光達(LiDAR)測量(此團隊曾于2020年在拉海納附近運用過光達技術(shù))。大衛(wèi)指出:“(用光達)拍攝500英畝的區(qū)域需要5天時間,且處理成本遠遠高于攝影測量?!?/p>
隨著重建工作的不斷推進,殘骸和灰燼得到持續(xù)的清理,而P3大幅度縮短了作業(yè)時間,使我們能夠捕捉到更多穩(wěn)健的數(shù)據(jù)。此外,P3不受照明條件和環(huán)境因素等影響,這在無人機進行大面積數(shù)據(jù)采集時尤為重要。
大衛(wèi)說:“最終,我們成功獲取了完美的且連續(xù)的數(shù)據(jù)集,這一成果是其他傳感器難以實現(xiàn)的?!?/span>
AeroSpatial公司的羅蘭·哈里森(Rowland Harrison)進一步補充道:“之所以能取得這樣的成果,是由于相機本身所具備的寬廣視野和超高分辨率,這些特性使得無人機能夠更快地飛行。效率是至關(guān)重要的因素?!?/span>
07
Infinite focus is critical
無窮遠對焦發(fā)揮奇效
相機的無窮遠對焦功能是項目取得成功的關(guān)鍵因素。對于不具備此功能的相機,每次拍攝前都必須要進行自動對焦,這不僅耗時,而且難以達到P3那樣的快速拍攝速度,最終導致漏拍或影像重疊不足的問題。
羅蘭認為,無窮遠對焦的正確使用至關(guān)重要:“普通的相機制造商和航拍相機制造商之間是有區(qū)別的,其中參雜了許多復雜因素。”
羅蘭繼續(xù)說道:“P3本身就很出色。Phase One的傳感器非常優(yōu)秀。所有的影像都非常清晰,因此我們才能進行高精度的特征匹配和攝影測量。Phase One令我非常滿意。”
08
Making varied lighting look like one
光照條件一致化
在此次航空取證測量項目中,使用Capture One軟件進行前期色彩平衡是項目成功的重要前提。在為期5天的拍攝中,團隊面臨了不同的光照條件,但最終仍獲得了無縫銜接的三維網(wǎng)格,所有影像均能保持一致的光線強度。
09
What the future has in store
未來就在眼前
根據(jù)8th Axis和團隊的精心規(guī)劃,在首次測量后的至少3年內(nèi),按需執(zhí)行至多13次二次測量,每半年或每季度執(zhí)行一次。
從更宏觀的層面上看,團隊堅信,此項目及其取得的地理空間數(shù)據(jù)集,結(jié)合地面控制以及后期二次測量的結(jié)果分析,將引領(lǐng)全球航空測量領(lǐng)域邁向新的標準!
PhaseOne(丹麥飛思相機系統(tǒng))是世界領(lǐng)先的中畫幅數(shù)碼攝影系統(tǒng)和為專業(yè)攝影師提供成像解決方案和工業(yè)應(yīng)用的供應(yīng)商。成立于1993 年,總部設(shè)立于丹麥哥本哈根,接受著北歐設(shè)計精益求精的高要求。在紐約,倫敦,東京,科隆,香港,上海、廣州、北京和特拉維夫均設(shè)有辦事處,與全球合作伙伴的專家組一起,PhaseOne 致力為全球攝影人提供最佳的攝影體驗和圖像質(zhì)量。為了給客戶提供更好的圖像解決方案,PhaseOne的影像系統(tǒng)產(chǎn)品細分為民用相機(Specialty Photography),圖像軟件(Capture One),工業(yè)相機(Industry Solutions) 和文化遺產(chǎn)數(shù)字化解決方案(Cultural Heritage)。
民用相機(Specilty Photography)
從最初的P系列到2011年的IQ系列,再到現(xiàn)在的1.5億像素的IQ4,PhaseOne在民用相機方面一直在為攝影者們設(shè)計出最完美的圖像解決方案。
圖像軟件(Capture One)
PhaseOne旗下的圖像軟件產(chǎn)品Capture One 是一款具有強大解RAW 格式的修圖工具。Capture One 除了支持PhaseOne相機系統(tǒng)外,更支持多于500款的相機系統(tǒng)。
工業(yè)相機(Industry Solutions)
PhaseOneIndustrial 是一體化中畫幅相機系統(tǒng)的研究、開發(fā)和制造領(lǐng)域的市場領(lǐng)導者,具有高分辨率傳感器的PhaseOne航空相機如今在中畫幅系統(tǒng)處于領(lǐng)先地位。
文化遺產(chǎn)數(shù)字化解決方案(Cultural Heritage)
PhaseOne文化遺產(chǎn)數(shù)字化解決方案,為保護世界文化遺產(chǎn)如圖書、檔案手稿、藝術(shù)品及珍貴的膠卷等一些列需要被記錄的物品。在確保材料安全和高效的工作流程,為文化保護作出更大的可能。
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