基于傾斜攝影建模的三維測(cè)圖初探

王烽

摘要：對(duì)同一地物進(jìn)行多視角傾斜攝影測(cè)量，并對(duì)傾斜數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)處理操作后，就可以建立出三維模型。當(dāng)模型精度很高時(shí)，利用模型進(jìn)行三維測(cè)圖就變成了一種可行方案。本文以傾斜攝影建立的高精度三維模型為基礎(chǔ)，詳細(xì)闡述了三維測(cè)圖的操作過(guò)程，并對(duì)三維測(cè)圖的精度質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)和總結(jié)，認(rèn)為測(cè)圖成果能夠滿足初步設(shè)計(jì)的精度要求。

關(guān)鍵詞：傾斜；攝影測(cè)量；三維測(cè)圖；三維模型

1.前言

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)目前主要在三維數(shù)字建模領(lǐng)域得到較為廣泛的運(yùn)用，將該技術(shù)用于數(shù)字化測(cè)圖領(lǐng)域仍是一種較為新鮮的嘗試。當(dāng)傾斜攝影測(cè)量建立的三維模型精度較好時(shí)，三維測(cè)圖的平面精度完全可滿足航測(cè)規(guī)范要求。若同時(shí)與激光點(diǎn)云技術(shù)相結(jié)合使用，能在平面與高程上均達(dá)到較好的精度效果[1]。本文的主要研究?jī)?nèi)容是基于傾斜攝影測(cè)量建立了該片區(qū)的高精度三維模型，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行三維數(shù)字化測(cè)圖和成果質(zhì)量分析。

2.三維測(cè)圖

2.1三維測(cè)圖特點(diǎn)

三維數(shù)字測(cè)圖是測(cè)圖行業(yè)一個(gè)革命性的新技術(shù)，它的主要特點(diǎn)如下：

（1）高效率成圖，大幅度削減外業(yè)勞動(dòng)量。與地圖測(cè)圖相比，無(wú)須儀器野外采集細(xì)部點(diǎn)，省去了80%以上的外業(yè)采集和調(diào)繪工作；與立體測(cè)圖相比，無(wú)須屋檐改正，省去補(bǔ)測(cè)高程點(diǎn)；如果模型足夠清晰，地物遮擋不嚴(yán)重，基本無(wú)調(diào)繪補(bǔ)測(cè)。

（2）裸眼成圖，所見即所得，提高成圖質(zhì)量。

（3）室內(nèi)作業(yè)為主，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本，無(wú)須考慮天氣等影響因素，縮短成圖周期。

2.2立體測(cè)圖系統(tǒng)

MapMatrix Grid作為航天遠(yuǎn)景最新一代的網(wǎng)絡(luò)版數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)[2]，具有非常強(qiáng)大的應(yīng)用功能拓展。該系統(tǒng)可兼容來(lái)自多種飛行平臺(tái)的攝影測(cè)量數(shù)據(jù)，并生產(chǎn)出符合基礎(chǔ)測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)的4D產(chǎn)品。該系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于作業(yè)過(guò)程自動(dòng)化、數(shù)據(jù)處理海量化、采編入庫(kù)一體化等，目前該系統(tǒng)的成熟度和應(yīng)用方向在不斷地完善?？深A(yù)見將廣泛運(yùn)用于城市規(guī)劃、測(cè)繪遙感和水利電力等方面。

2.3三維測(cè)圖實(shí)驗(yàn)流程

三維數(shù)字化測(cè)圖實(shí)驗(yàn)主要使用MapMatrix Grid系統(tǒng)中的特征采集處理專家grid軟件。下面將詳細(xì)介紹三維測(cè)圖的主要實(shí)驗(yàn)流程：

2.3.1模型定向

此次實(shí)驗(yàn)輸出的模型為OSGB格式，需要建立索引才能顯示模型。建立索引時(shí)選擇的目錄為存放瓦片文件的文件夾，而不是單個(gè)瓦片文件。生成索引成功后，在該文件夾下會(huì)出現(xiàn)MultiFoderReader.osgb文件，此文件即為索引文件。建立好索引后，確定下坐標(biāo)北方向進(jìn)行模型定向，即可生成定向后的模型索引文件，坐標(biāo)路徑選擇坐標(biāo)原文件xml文件。經(jīng)過(guò)上述步驟，三維立體模型的定向工作完成，可直接用于測(cè)圖。

2.3.2加載傾斜視圖

選擇視圖菜單，加載傾斜攝影視圖，選擇定向后的模型索引打開模型。此時(shí)，若模型范圍與工作區(qū)范圍不一致，可以點(diǎn)擊工作區(qū)，設(shè)置矢量文件參數(shù)為傾斜數(shù)據(jù)范圍，即可將傾斜模型加載到工作區(qū)范圍中，兩者范圍一致且同步。

2.3.3三維測(cè)圖

加載完模型后即可在模型上進(jìn)行地物采集（見圖1），根據(jù)測(cè)圖精度的要求選擇合適的地形地物進(jìn)行矢量數(shù)據(jù)采集。采集過(guò)程中，還可以根據(jù)地物類型選擇屬性，按照屬性類別批量采集矢量數(shù)據(jù)。采集建筑物時(shí)將采集線點(diǎn)擊到房屋立面上，可自動(dòng)進(jìn)行房檐改正，同步記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

根據(jù)三維測(cè)圖的用途和精度要求，對(duì)相關(guān)地物、地貌進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，獲取和傳統(tǒng)地形圖測(cè)繪一致的特征點(diǎn)數(shù)據(jù)文件，然后繪制成圖，形成完整的地形圖。

2.3.4檢查點(diǎn)檢核

打開MapMatrix3D軟件，加載工程以后進(jìn)行自動(dòng)置平，點(diǎn)擊絕對(duì)定向按鈕，將控制點(diǎn)與檢查點(diǎn)的坐標(biāo)信息一起導(dǎo)入軟件中，然后進(jìn)行刺點(diǎn)。在每一次刺點(diǎn)結(jié)束時(shí)，都可選擇是否將該點(diǎn)設(shè)置為檢查點(diǎn)。一般控制點(diǎn)需要刺4個(gè)以上，剩余的點(diǎn)作為檢查點(diǎn)使用。全部刺點(diǎn)完成后進(jìn)行絕對(duì)定向，絕對(duì)定向成功[3]后可輸出點(diǎn)位精度報(bào)告。若精度不滿足要求，需要重新刺點(diǎn)或者檢查是否控制點(diǎn)數(shù)據(jù)輸入有誤，直至精度合格。

3.三維測(cè)圖成果精度分析

為驗(yàn)證三維測(cè)圖的精度及與傳統(tǒng)測(cè)圖方法的成果對(duì)比，同步用RTK和全站儀對(duì)該區(qū)域進(jìn)行了地形圖的測(cè)繪工作，得到了該區(qū)域的實(shí)測(cè)矢量。RTK和全站儀作為大比例測(cè)圖的常用方法，測(cè)圖精度高。本次實(shí)驗(yàn)中以實(shí)測(cè)的地形圖作為標(biāo)準(zhǔn)，將三維測(cè)圖成果與實(shí)測(cè)矢量進(jìn)行對(duì)比分析。

3.1三維測(cè)圖成果檢查

三維測(cè)圖的基礎(chǔ)就是三維模型，當(dāng)完成高精度三維建模后，為確保該模型在當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系下，且沒有發(fā)生縮放或旋轉(zhuǎn)，可用實(shí)測(cè)矢量進(jìn)行疊加檢核。

首先將三維模型與實(shí)測(cè)矢量進(jìn)行同一坐標(biāo)系下的疊加[4]工作，如圖2所示。經(jīng)檢查，確認(rèn)地物輪廓套合較好，三維模型與實(shí)測(cè)地形圖處于同一坐標(biāo)系下，且無(wú)縮放等形變。

然后將三維測(cè)圖成果與實(shí)測(cè)矢量疊加，如圖3所示，整體套合結(jié)果較好，基本重合。經(jīng)檢查，部分墻體邊緣線略有誤差。因?yàn)橥鈽I(yè)采集時(shí)為了方便RTK設(shè)備接收信號(hào)，建筑物的采集均在樓頂進(jìn)行，采集的點(diǎn)位為房屋內(nèi)角數(shù)據(jù)。而三維測(cè)圖時(shí)，采集的數(shù)據(jù)為房屋模型的外輪廓，因此墻體厚度帶來(lái)了一定的誤差。

3.2控制點(diǎn)與檢查點(diǎn)精度

檢查控制點(diǎn)與檢查點(diǎn)的誤差情況，選取了部分控制點(diǎn)精度數(shù)值如表1所示。

可以看出，其中2號(hào)點(diǎn)的點(diǎn)位偏差最大。經(jīng)檢查2號(hào)點(diǎn)所在位置的三維房屋模型房角點(diǎn)扭曲模糊（見圖4），導(dǎo)致刺點(diǎn)時(shí)無(wú)法精準(zhǔn)。其余大部分點(diǎn)位的平面精度在5cm以內(nèi)，高程精度也在10cm以內(nèi)，能夠滿足工程初步設(shè)計(jì)的使用需求。

由于航拍的時(shí)間與外業(yè)測(cè)量時(shí)間并不一致，時(shí)間差也可能導(dǎo)致誤差的出現(xiàn)?？傮w來(lái)說(shuō)，基于傾斜攝影的三維測(cè)圖精度較好。當(dāng)影像質(zhì)量較好且控制點(diǎn)方案合理時(shí)，可以保證模型較高的精度，而模型的精度直接決定了三維測(cè)圖的精度。當(dāng)測(cè)圖要求較高時(shí)，需進(jìn)行一定的外業(yè)補(bǔ)測(cè)，以保

證測(cè)圖精度[5]。

4.結(jié)論與展望

上述實(shí)驗(yàn)看，基于已建立的三維數(shù)字模型，可以進(jìn)行三維測(cè)圖，并且測(cè)量的精度能夠滿足小比例測(cè)圖要求，在大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和初步規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)可以提供較為可靠的數(shù)據(jù)。目前國(guó)內(nèi)已有多家公司發(fā)布了基于傾斜攝影的三維測(cè)圖軟件系統(tǒng)，如清華山維的EPS地理信息工作站、武漢航天遠(yuǎn)景的MapMatrix系統(tǒng)、武漢天際航的DP-Modeler系統(tǒng)[6]等。由于我國(guó)傾斜攝影技術(shù)發(fā)展較晚，在傾斜攝影測(cè)圖方面并未有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)的測(cè)量規(guī)范，目前市面上的傾斜應(yīng)用均是依靠工程經(jīng)驗(yàn)和行業(yè)共識(shí)進(jìn)行生產(chǎn)的，三維測(cè)圖仍有較大的進(jìn)步和發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙小陽(yáng)，孫松梅.無(wú)人機(jī)傾斜攝影支持下的1∶500高精度三維測(cè)圖方案及應(yīng)用[J].測(cè)繪通報(bào)， 2019（07）：87-91.

[2]楊彥梅，施磊，張守敏，姚鑫鑫.基于傾斜攝影測(cè)量的三維數(shù)字測(cè)圖實(shí)驗(yàn)研究[J].地礦測(cè)繪， 2017， 33（01）：25-27.

[3]鄭華，齊東宏，陳向陽(yáng)，劉書冬.傾斜攝影三維模型測(cè)圖與傳統(tǒng)攝影測(cè)量測(cè)圖試驗(yàn)分析探討[J].測(cè)繪技術(shù)裝備， 2018， 20（04）：81-83.

[4]楊彥梅.基于傾斜攝影測(cè)量的三維數(shù)字測(cè)圖實(shí)驗(yàn)研究[A].云南省測(cè)繪地理信息局、云南省測(cè)繪地理信息學(xué)會(huì).云南省測(cè)繪地理信息學(xué)會(huì)2016年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C].云南省測(cè)繪地理信息局、云南省測(cè)繪地理信息學(xué)會(huì)：云南省科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)， 2016：8.

[5]朱俊鋒.利用傾斜影像進(jìn)行三維數(shù)字城市重建的關(guān)鍵技術(shù)研究[D].武漢大學(xué)， 2014.

[6]曹帥帥.無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量三維建模的應(yīng)用試驗(yàn)研究[D].昆明理工大學(xué)， 2017.