案例分析｜Phase One以工程级测量标准助力夏威夷野火灾后重建工作
转载 2024-04-25 10:51 Phase One 来源：Phase One
01
Rebuilding after Hawaii’s wildfire
with engineering-grade surveying
以工程级测量标准
助力夏威夷灾后重建工作
The challenge
挑战
2023年8月8日至9日，一场山火肆虐了夏威夷州毛伊岛，整个拉海纳镇焚烧到仅剩约20%。
小镇拉海纳拥有1.3万人口。面对清理废墟、重建家园、恢复企业和设施的艰巨任务，受灾群众心余力绌，亟需公共部门和私有部门的多方协同努力。
于是，为了实现作业画面共享，促进各方高效配合，8th Axis联合Phase One（相机）、Skyline（软件）和AeroSpatial（数据处理），于同年11月启动了拉海纳全方位三维地理空间模型的构建项目。该项目采用Phase One P3载荷方案，结合大疆M300/M350无人机，实现即插即用，多功能集成。
02
An unprecedented aerial forensic survey
一次史无前例的航空取证测量
该项目于2023年启动，旨在为拉海纳绘制一份完整地图，区域覆盖面积约3000英亩（约合1214公顷/12平方公里），精度高达5毫米地面采样距离（GSD）。
8th Axis业务拓展经理大卫·德拉蒙德（David Drummond）表示：“据我们所知，即便是在美国，这也是首次进行如此大规模且高分辨率的测量项目。”
超高分辨率影像的获取，使得团队得以通过数据分层技术，为拉海纳重建精准的三维网格模型，实现极致的细节渲染和清晰的几何图形。
大卫表示：“在我们展示三维网格的截图时，人们无法区分这究竟是网格图还是实际照片。由于超高的细节程度，我们将其称为“航空取证测量”，这一技术不仅支持图像放大，还可以远程检查。”
03
Helping safer, more efficient recovery efforts
助力更安全高效的重建工作
项目以单个基线信息源为根本，加之易于理解的视觉形式，助力现场诸多机构或利益相关方进行有效的任务协调和分配。
该项目成功促进了夏威夷应急管理中心（HEMA）与县级、州级、联邦和私营合作伙伴之间的紧密交互，允许不同机构合作规划救援和响应工作，共享注意事项，并对区域、个人财产，甚至某个废墟进行远程检查，无需使人员暴露于可能存在毒性和危险的环境中。
HEMA管理人员詹姆斯·巴洛斯（James Barros）称：“拥有更清晰的灾害现场影像对应急管理人员来说是一个令人激动的进步。”
他还表示：“三维成像有助于对相关区域进行分流，最大限度地调动资源和专家。”
其中，水文模型就是优秀的例子，它能够帮助应急小组选取最有效的屏障安装地点，从而在有强降水情况下控制径流远离烧伤疤痕。
地面控制由毛伊岛当地的Fukumoto Engineering公司提供。
04
A certified engineering–grade aerial survey
经认证的工程级航测
该项目是一次正式的测量作业，其摄影测量数据不仅经过持证测量员的签字和认证，而且也已通过工程级精度验证，符合甚至超过美国摄影测量与遥感学会制定的数字地理空间数据精度标准（ASDGA）。
这意味着设计师和工程师可以将三维网格导入CAD程序，并以三维网格为基础文件为拉海纳重新搭设建筑和基础设施。
05
Precise, independent volumetric measurements
独立的高精度体积测量
高精度的地理空间数据允许工作人员在三维模型中对建筑和废墟进行精准测量。在未来的3到5年内，8th Axis还将按需进行二次测量，对比各次测量结果，更准确评估重建进度。
为此，项目运用了AI赋能的的体积变化测量技术，对地形变化和废墟体积的清理进度进行高精度分析，帮助政府利益相关方摆脱对承包商和分包商单方面报告的依赖，独立跟踪和验证相关信息。此技术也可帮助美国陆军工程兵团（USACE）等政府实体更清楚地了解各自的时间线，精准捕捉关键时间节点。此外，通过优化成本审计流程，该技术还能降低成本，提升项目的整体协调与规划效率。
基线测量和后续二次测量的准确性对该数据集的有效期和相关性至关重要。
06
Phase One accuracy at speed gives robust data
速度精度双赢
Phase One提供稳健数据
团队成功实现了5毫米的GSD精度目标，这一显著成果得益于Phase One P3载荷方案与35毫米镜头的完美搭配。
P3可轻松集成至大疆M300/M350无人机，这使得团队能够在Nadir模式下，以精确的重叠度和飞行速度全面覆盖整个3000英亩的项目区域。
“P3使我们能够以远超其他相机的速度捕捉数据。在飞行高度和速度相同时，P3的GSD远超其他相机。”
——David Drummond
（Business Development Manager at 8TH Axis
整个项目历时5天。在此期间，团队采用了不同的影像捕捉方式，成功将3000英亩的项目区域进行了两次的覆盖。
大卫坚信，即便是当前最先进的商用现成工业相机，也可能要花费10天时间，且获得的成效只能达到当前的40%。
项目的摄影测量效率远超光达（LiDAR）测量（此团队曾于2020年在拉海纳附近运用过光达技术）。大卫指出：“（用光达）拍摄500英亩的区域需要5天时间，且处理成本远远高于摄影测量。”
随着重建工作的不断推进，残骸和灰烬得到持续的清理，而P3大幅度缩短了作业时间，使我们能够捕捉到更多稳健的数据。此外，P3不受照明条件和环境因素等影响，这在无人机进行大面积数据采集时尤为重要。
大卫说：“最终，我们成功获取了完美的且连续的数据集，这一成果是其他传感器难以实现的。”
AeroSpatial公司的罗兰·哈里森（Rowland Harrison）进一步补充道：“之所以能取得这样的成果，是由于相机本身所具备的宽广视野和超高分辨率，这些特性使得无人机能够更快地飞行。效率是至关重要的因素。”
07
Infinite focus is critical
无穷远对焦发挥奇效
相机的无穷远对焦功能是项目取得成功的关键因素。对于不具备此功能的相机，每次拍摄前都必须要进行自动对焦，这不仅耗时，而且难以达到P3那样的快速拍摄速度，最终导致漏拍或影像重叠不足的问题。
罗兰认为，无穷远对焦的正确使用至关重要：“普通的相机制造商和航拍相机制造商之间是有区别的，其中参杂了许多复杂因素。”
罗兰继续说道：“P3本身就很出色。Phase One的传感器非常优秀。所有的影像都非常清晰，因此我们才能进行高精度的特征匹配和摄影测量。Phase One令我非常满意。”
08
Making varied lighting look like one
光照条件一致化
在此次航空取证测量项目中，使用Capture One软件进行前期色彩平衡是项目成功的重要前提。在为期5天的拍摄中，团队面临了不同的光照条件，但最终仍获得了无缝衔接的三维网格，所有影像均能保持一致的光线强度。
09
What the future has in store
未来就在眼前
根据8th Axis和团队的精心规划，在首次测量后的至少3年内，按需执行至多13次二次测量，每半年或每季度执行一次。
从更宏观的层面上看，团队坚信，此项目及其取得的地理空间数据集，结合地面控制以及后期二次测量的结果分析，将引领全球航空测量领域迈向新的标准！