一種傾斜攝影測量的矢量化制圖軟件的開發應用

楊忠祥

（1.云南旅游職業學院 ，云南 昆明 650221）

傾斜攝影技術是國際測繪領域近些年發展起來的一項高新技術[1]。傾斜攝影格式的建模相較于傳統的建模方式具有高真實、全要素的特性[2]，其影像不僅能夠真實地反映地物情況，還能通過采用先進的定位技術，嵌入精確的地理信息，使用戶獲得更高級、更為逼真的體驗，極大地擴展了遙感影像的應用領域。同時，傾斜攝影測量技術將使得目前高昂的實景三維建模建設成本得以大大降低。傳統平面數字地圖或者簡單的三維城市地圖都已經無法滿足人們的需求，迫切需要更加逼真、精確的數字實景三模建模。

國內外學者在基于影像進行三維模型重建這一領域進行了大量研究[3,4]。目前國內外比較流行的傾斜攝影自動建模軟件，如法國Acute 3 D公司的Smart3DCapture軟件[5]。基于圖形運算單元GPU的快速三維場景運算軟件， 可運算生成基于真實影像的超高密度點云，它無需人工干預，從簡單連續的影像中生成逼真的三維場景模型。但當前的建模算法不能把建筑、樹木等地物進行區分，構建出來的是一個連續的Tin網。對于這樣的數據，本身是無法選中單個建筑的，需要進行一定的處理才能實現“單體化”。對于大多數應用，需要能對建筑等地物進行單獨的選中、賦予屬性、查詢屬性。針對上述問題，本文開發了一種基于傾斜攝影測量的矢量化制圖系統，解決了目前模型“單體化”難題，為管理和決策提供技術支撐，并利于場景解譯。

1 關鍵技術

1.1 傾斜攝影測量

傾斜攝影技術是國際測繪遙感領域近年發展起來的一項高新技術，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從垂直、傾斜等不同角度采集影像[6]，獲取地面物體更為完整準確的信息。

1.2 建模技術路線

傾斜攝影測量三維實景建模主要技術包括影像預處理、區域整體平差、空中三角測量、傾斜影像密集匹配、TIN格網構建、三維模型創建、自助紋理映射及實景三維模型等[7]。傾斜攝影自動化生成的模型本質上是mesh模型，自動化軟件一般經過幾何校正、聯合平差等處理流程，可運算生成基于真實影像的超高密度點云，并以此生成基于真實影像紋理的高分辨率實景三維模型。基于傾斜攝影測量數據的三維建模技術路線如圖1。

圖1 基于傾斜攝影測量數據的三維建模技術路線圖

2 基于傾斜攝影測量的矢量化制圖軟件

2.1 數據來源

項目區位于云南省中部，地勢以山地為主。根據實景三維建模對原始傾斜影像數據的要求，影像地面分辨率為4.5 cm。為保證數據處理的精度，利用GPS測量像控點8個，平面、高程中誤差嚴格控制在0.10 m內。為檢查軟件及模型精度，在項目區測量了12個檢查點。

2.2 實景建模

本項目采用法國Acute3D公司的Smart3DCapture軟件進行三維自動建模。數據處理流程：工程準備（數據預處理）、新建工程、導入數據、控制點影像關聯、空三處理、分區密集匹配、重建生成模型。

2.3 矢量化制圖軟件開發應用

本軟件采用OpenGL技術開發，是一套基于C++平臺的應用程序接口，軟件界面如圖2。通過程序開發實現不同數據格式的讀取和轉換。支持OSGB文件格式的傾斜模型，可直接生成.shape和.dwg數據格式，見圖2。

圖2 軟件界面

圖3 選擇圖層存儲文件路徑

通過鼠標點擊墻角，可實時調整制圖過程中因未能準確捕捉墻角而帶來的人為誤差，如圖4所示。

基于傾斜攝影測量數據的數據采集，實現二、三維符號一致，且二、三維編輯在一個界面下同步進行，采集方法更直觀，三維與二維可靈活切換，如圖5、6所示。

圖5 數據采集符號庫及名稱

圖6 基于傾斜攝影測量數據的矢量化繪圖

3 精度評定

通過本軟件采集的基于傾斜攝影測量的地物特征點坐標與采用GPS-RTK野外實測坐標進行抽樣比對檢查，檢查點分布均勻，基本覆蓋本測區范圍。將實測坐標與軟件采集坐標進行比較，根據規范要求檢查該點是否合格，最后統計出每個檢測點的坐標較差。由表1、2可知，共抽查了12個檢查點在X、Y、Z方向的標準偏差分別是0.068 8 m、0.067 2 m、0.088 3 m，完全能夠滿足1∶500大比例尺數字化制圖要求。通過軟件直接采集數據與野外實測數據相比較，平面及高程精度均優于10 cm。

表1 軟件采集地物特征點與實測平面精度統計表

表2 軟件采集地物特征點高程與GPSRTK實測高程精度統計表

4 結 語

傾斜攝影測量是獲取矢量數據的一個重要來源，隨著無人機的發展、傾斜攝影的普及，真正射影像也正逐步出現，提高了矢量化過程中的數據準確性。結合傾斜攝影測量技術，采用OpenGL技術開發矢量化制圖軟件，直接對建模進行可視化圖形編輯操作，相比其他數據采集軟件，在使用和圖形編輯方面更直觀、效率更高，平面與高程精度能滿足1∶500大比例尺制圖要求。通過矢量化的方式將二、三維矢量數據與傾斜攝影測量數據相結合，實現了模型的單體化。但由于項目區覆蓋范圍有限，軟件應用并沒有完全覆蓋所有地物類型，軟件應用推廣受到一定限制，仍需進行后續研究。