基于傾斜攝影測量技術的實景三維建模及精度評估

李春龍

【摘? 要】傳統(tǒng)三維建模技術存在非常多的問題，如建模效率低、人工操作難度大、成本花費高、地物地貌還原度低等，而隨著科學技術的不斷創(chuàng)新，開始出現了一種新型三維建模技術，即以傾斜攝影測量技術為基礎的實景三維建模技術。在本文的研究中，在分析這種技術的基本原理、應用流程的基礎上，以馬廠水庫為實例，探究了實景三維建模技術在工程中的應用效果。

【關鍵詞】傾斜攝影測量技術;實景三維建模;精度評估

引言

傳統(tǒng)三維建模技術沒有辦法提取側面紋理信息，因此難以有效地還原地物地貌，而且還必須要通過人工的方式來進行地面拍攝，大大增加了建模工作量，同時樹木、道路等如果采取虛擬形勢，會導致消耗大量成本，因此傳統(tǒng)三維建模技術已經難以當前社會發(fā)展。這就要求，必須要采取一種高效且精準的實景三維建模技術?；诖耍疚奶岢隽嘶趦A斜攝影測量技術的實景三維建模方法，通過實景三維建模技術能夠有效搜集到豐富的側面紋理信息，并形成三維點云，最終還原更為具體的真實三維場景。

1.基本原理

1.1傾斜攝影的基本原理內容

傾斜攝影機測量技術是當前勘探測繪中最為常用一項測量技術，此項技術的應用實現了航空攝影、正射測量與傾斜測量的有機結合。此項技術的應用需要以飛行器作為媒介，運用飛行器搭載的拍攝儀器從多個較多方向進行拍攝測量。三維建模工具在此項技術的發(fā)展下實現了迅速進步。目前國內外出現了大量傾斜測量拍攝平臺，較為常見的攝影平臺主要有微軟公司的UCO、四維遠見與中測新圖的TOPDC-5等。在實際測量中，飛行器中會安裝5個鏡頭進行拍攝，拍攝儀器會從垂直角度出發(fā)，分別向下方、前方、后方、左方和右方進行拍攝，以此完成多較多航空拍攝工作。在拍攝過程中，根據拍攝目標情況可以從多個位置對目標進行多較多攝影，其中包含傾斜攝影和正向攝影等。傾斜拍攝過程中需要同時對飛行高度、拍攝曝光時間、拍攝地點經緯度、拍攝大地高度、飛行器飛行姿態(tài)等關鍵數據進行有效記錄，以此完成傾斜影像的有效分析工作。獲取到的傾斜影像數據主要應用于三維建模工作匯總，根據影像數據信息可以準確的生成三維點云數據，以此完成三維建模的基礎性準備工作。通過飛行器正射與傾斜影像數據的信息收集工作，可以基本完成三維建模的前期準備工作。

1.2實景三維建模應用流程

傾斜攝影在實景建模中可以從多個位置和角度開展數據收集工作，可以收集到目標的頂面組織結構信息和側面紋理結構信息。傾斜攝影技術在使用中可以通過低空飛行獲取到高分辨率圖像信息和大廣角地域信息數據。在傾斜攝影相同目標信息的影響會存在多重分辨率。此外，需要注意傾斜攝影技術的應用可以能會收地物遮擋影響圖像資料質量。

根據傾斜攝影測量技術的基本信息可以完成實景三維建模影像的前期處理工作，根據互聯網聯合平差和孔中三角測量和點云結構可以實現實景三維建模。實景三維建模應用流程結構如圖1所示。

2.實景三維建模技術在實際工程中的具體應用

2.1工程概況

全椒縣馬廠水庫位于長江流域滁河支流馬廠河上游，距馬廠鎮(zhèn)北3km處，水庫壩址位于大塘李，控制流域面積81.0km2，水庫總庫容為3844萬m3，是一座以灌溉為主兼具防洪、水產養(yǎng)殖作用的中型水庫。依據《水庫大壩安全鑒定辦法》，馬廠水庫大壩屬三類壩。鑒于該水庫存在較為嚴重的工程質量問題，防洪安全不能保證，不能按設計標準正常運行，應屬三類壩。同時專家組建議“鑒于大壩工程存在諸多不安全因素，建議應盡快進行除險加固”。本次除險加固設計根據《防洪標準》（GB50201-94）及《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL 252-2000），確定水庫工程等別為Ⅲ等，主要建筑物為3級建筑物，大壩設計洪水標準為50年一遇，校核洪水標準為1000年一遇。水庫興利水位57.10m，相應興利庫容為2560萬m3;設計洪水位為58.50m，相應庫容為3360萬m3;校核洪水位為59.22m，相應庫容為3844萬m。

2.2數據搜集與建模

對目標測試區(qū)域進行低空傾斜攝影，傾斜攝影設定要求如下：

在本次項目中，通過Smart3Dcapture軟件完成建模，首先，對搜集到的數據進行預處理;其次，創(chuàng)建數據處理程序;再次，導入影像數據，并對導入影像進行全方位的質量檢查;隨后，進行控制點量測;接著，進行多視角攝影空三解算;然后，進行區(qū)分密集匹配;最后，進行切塊管理輸出。

2.3精度評估

本次采用的精度評估方式是利用GPS RTK對特征點進行測量，同時記錄好WGS84坐標、橢球高和拍攝點相對的具體位置，然后在實景三維模型中找到與之相對的坐標點，對比兩者之間的偏差度，即為最終的實體三維模型的精度。經測量，緯度偏差值范圍是在[-0.49m，+0.45m]，精度偏差值范圍是[-0.39m，+0.34m]，高程偏差值范圍是在[-0.65m，+0.61m]，滿足相關國家的偏差值規(guī)定，因此證明實景三維建模技術在工程中應用可有效滿足快速成圖的需求。

3.結語

綜上所述，本次在傾斜攝影測量技術的基礎上對實景三維模型的建模流程過程和實際精度進行了全面分析研究。傾斜攝影作為一種常用的測量技術方式可以有效獲取到地物的真實影像數據信息，所獲取的影響數據可以作為實景三維建模的基礎，通過實景三維建模的應用可以使用戶真實的看到地物情況。本次研究中對馬廠水庫進行實景三維建模研究分析，取得了良好的效果，對了解地物實景意義重大。

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