傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在城市實(shí)景三維建模中的應(yīng)用

顧禹

摘? 要：傾斜攝影測(cè)量技術(shù)不僅能真實(shí)客觀的反應(yīng)地物狀況，而且還可以通過(guò)先進(jìn)的定位、融合、建模等技術(shù)，生成真實(shí)的城市實(shí)景三維模型。本文通過(guò)介紹傾斜攝影測(cè)量技術(shù)原理，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)例，提出了一整套城市實(shí)景三維模型生產(chǎn)流程，同時(shí)對(duì)模型的平面和高程精度進(jìn)行了評(píng)定，結(jié)果表明該方法生產(chǎn)的城市實(shí)景三維模型滿足相關(guān)規(guī)范要求，值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：傾斜攝影測(cè)量;實(shí)景三維;真正射影像;紋理

1引言

近年來(lái)，“智慧城市”在全國(guó)各地逐漸興起，實(shí)景三維模型作為“智慧城市”建設(shè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)得到了日益廣泛的應(yīng)用，然而，在構(gòu)建城市實(shí)景三維模型技術(shù)方案中，常規(guī)航空攝影測(cè)量?jī)H能獲取地物的空間位置和頂面信息，無(wú)法獲取側(cè)面紋理，由此帶來(lái)的城市三維信息缺乏有效的技術(shù)融合度，導(dǎo)致三維模型工藝復(fù)雜而效果不佳。傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)改變了這一現(xiàn)狀，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)通過(guò)搭載多臺(tái)傳感器從不同角度對(duì)建筑物進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，快速、高效的獲取建筑物頂部及側(cè)面高分辨率紋理信息，不僅能真實(shí)客觀的反應(yīng)地物狀況，而且還可以通過(guò)先進(jìn)的定位、融合、建模等技術(shù)，生成真實(shí)的實(shí)景三維模型。

2傾斜攝影測(cè)量技術(shù)原理

傾斜攝影測(cè)量是通過(guò)在飛行平臺(tái)上攜帶多臺(tái)傳感器（如圖1所示，一般用五鏡頭相機(jī)），從一個(gè)垂直和四個(gè)傾斜共五個(gè)方向同步獲取物體的影像，其中一組垂直地面所拍攝的影像稱為正片，另四組鏡頭朝向和地面成一定角度拍攝的影像稱為斜片，所攝影像再利用高效專業(yè)的數(shù)據(jù)采集和處理設(shè)備，通過(guò)區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差、影像匹配、DSM點(diǎn)云生成、TIN構(gòu)建、紋理映射等步驟，最終生成實(shí)景三維模型。

3應(yīng)用實(shí)例

3.1項(xiàng)目背景

根據(jù)某城市智慧城市建設(shè)總體規(guī)劃，需要構(gòu)建中心城區(qū)約100km2的實(shí)景三維模型，該區(qū)域東西長(zhǎng)約10.4km，南北長(zhǎng)約9.8km，攝區(qū)范圍：經(jīng)度120°45'22"-120°47’45"，緯度32°36'18"-35°39'40"，該模型在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)與管理審批、展示和宣傳城市、數(shù)字旅游等多方面開(kāi)展應(yīng)用。

3.2傾斜影像獲取

利用無(wú)人機(jī)對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行傾斜攝影，相機(jī)采用SWDC-5航空傾斜攝影儀，定姿定位測(cè)量?jī)x采用POS系統(tǒng)，成圖比例尺為1：2000，影像地面分辨率為0.06米，航攝高度為600米。采用專用航線設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行航線設(shè)計(jì)，航向重疊為66%，旁向重疊為30%。實(shí)際飛行時(shí)，各個(gè)相機(jī)根據(jù)航線設(shè)計(jì)的對(duì)應(yīng)曝光點(diǎn)坐標(biāo)全自動(dòng)進(jìn)行曝光拍攝。

3.3傾斜影像加工

通過(guò)相應(yīng)的傾斜影像數(shù)據(jù)處理軟件，對(duì)采集到的傾斜影像進(jìn)行處理，包括幾何糾正、區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差、傾斜影像匹配等系列處理，最后將平差后的數(shù)據(jù)賦予每張傾斜影像，使得每張傾斜影像上的每個(gè)像素對(duì)應(yīng)真實(shí)的地理坐標(biāo)位置，以此實(shí)現(xiàn)傾斜影像的實(shí)時(shí)量測(cè)，從而形成符合應(yīng)用需求的傾斜影像庫(kù)。

3.4實(shí)景三維建模

本項(xiàng)目采用了Skyline PhotoMesh7.0軟件進(jìn)行三維建模，PhotoMesh7.0是一款傾斜攝影自動(dòng)批量建模軟件，可以實(shí)現(xiàn)快速地、自動(dòng)地從一組標(biāo)準(zhǔn)的、無(wú)序的二維相片批量構(gòu)建精細(xì)的、帶有紋理的三維網(wǎng)格模型。PhotoMesh7.0產(chǎn)品基于高性能計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、航空攝影測(cè)量等先進(jìn)技術(shù)，可以融合不同來(lái)源、不同格式、不同分辨率的相片，自動(dòng)完成DSM點(diǎn)云生成、TIN構(gòu)建、紋理映射等流程從而生成實(shí)景三維模型（如圖2所示）。

3.5精度評(píng)定

為了評(píng)定傾斜攝影建模的精度，本項(xiàng)目外業(yè)階段布設(shè)了20個(gè)檢查點(diǎn)，均勻分布在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)，利用GPS-RTK測(cè)量出每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)和高程，同時(shí)為了便于在三維模型上查找這些點(diǎn)位，外業(yè)測(cè)量時(shí)現(xiàn)場(chǎng)拍攝每個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)地位置。將檢查點(diǎn)的外業(yè)實(shí)測(cè)坐標(biāo)作為真值，在三維模型上讀取的坐標(biāo)作為計(jì)算值，統(tǒng)計(jì)出計(jì)算值和真值之間的差值，從而得到三維模型的精度。

20個(gè)檢查點(diǎn)中平面最大誤差0.078m，中誤差0.081m;高程最大誤差0.112m，中誤差0.129m，其精度滿足CH/T 9015-2012《三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范》的要求。

4結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在三維城市建模中的應(yīng)用來(lái)看，其與傳統(tǒng)三維城市建模方法還是有較大區(qū)別的，特別是在高清晰度影像自動(dòng)匹配建模技術(shù)上，改變了傳統(tǒng)人工模式帶來(lái)的諸多弊端，也實(shí)現(xiàn)了智慧城市三維建模技術(shù)的快速化、自動(dòng)化、一體化，該方法適合大規(guī)模區(qū)域城市三維模型的構(gòu)建，但是其中也存在一些不足，例如局部區(qū)域出現(xiàn)建筑物缺失或道路、樹(shù)木紋理失真等情況，相信隨著技術(shù)的進(jìn)步，這一不足之處一定會(huì)有更好的解決方法。

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