城市三維模型在地形圖修測中的應用

于再輝 王方雄

摘 ?要： 本研究采集了瓦房店航空攝影測量數據并應用Smart3D制作其城市三維模型，使用清華山維（EPS）進行地形圖修測。結果表明，在EPS軟件對區域進行修測后部分地物發生改變，區域線劃圖發生巨大變化。

關鍵詞： 地物;建模;修測;影像

中圖分類號： TP79 ? ?文獻標識碼： A ? ?DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.08.024

本文著錄格式：于再輝，王方雄. 城市三維模型在地形圖修測中的應用[J]. 軟件，2019，40（8）：102104

【Abstract】： In this study， the aerial photogrammetry data of Wafangdian was collected and the 3D model of the city was made by Smart3D， and the topographic map was repaired using Tsinghua Shanwei （EPS）. The results show that some parts change after the EPS software repairs the area， and the regional line drawing changes greatly.

【Key words】： Terrain; Modeling; Repair; Image

0 ?引言

本研究是對遼寧省瓦房店市局部區域的三維模型對該地區的地形圖進行更新。因此，在三維模型的建立過程中，航空攝影測量技術起著至關重要的作用，也是三維建模數據的主要來源。實景影像三維模型在可供快速直觀瀏覽現實場景的同時，模型本身包含了真實的坐標、高程等地理信息數據，且實景影像三維模型的下視效果好，并且依據不同的項目需求，模型的精度可靈活控制，從而提取出實景影像三維模型中的有效地理信息，形成一種新的立體測圖作業方法，將大大提高現有數據的利用價值，從而減少了原始數據的生產成本，提高了工作效率和生產效率[1]。

1 ?研究區域概況及資料準備

1.1 ?測區情況簡述

測區為遼寧省瓦房店市局部區域，該區域位于東經122°，北緯39.62°。為溫帶季風氣候;東北與西北方向地勢偏高且被大面積林地覆蓋;其他部分地勢較為平坦;測區西方向居民地較多，并有多大面積農業用地主要以果園與玉米的種植為主;

1.2 ?已有測繪資料

以該地區1∶500比例尺DWG格式數據文件為例，兩側紫色邊線為需修測區域范圍線，如圖1所示。

2 ?航空攝影測量數據采集及模型制作

2.1 ?像控點數據采集

像控點參照起算點的點位中誤差應小于±5 cm，并且高程中誤差不得大于±10 cm。當測區范圍內，可識別的地物稀少時，可以優先選擇井蓋中心或者人工建筑物拐角點。若確實沒有可識別地物，采用噴漆做控制點時應該在航拍前進行，以提高辨識度。布標的目標尺寸不應小于分辨率的15-20倍[2]。例如，分辨率為2厘米的影像，布標尺寸應為30-40厘米。

2.2 ?數據預處理

（1）原始影像下載以及預處理

使用全自動地面數據處理系統可將數據下載，下載數據完畢后可使用FANS對應飛行日志進行數據的檢查，主要用來檢查航線的完整性以及是否存在航攝漏洞、航攝影像上是否存在云、煙等遮蓋地物的相關問題[3]。

（2）數據整理及加密區域劃分

依據航空攝影影像數據情況及影像數據地理位置分布情況，結合工作站和處理軟件的有效容納能力，合理的規劃測區，用以保證分區形狀規則，分區間的旁向有4條航線的重疊，并且航向有不少于8個基線重疊[4]。

2.3 ?技術指標（以成果分辨率5 cm為例）

影像成圖分辨率優于5 cm，三維模型分辨率優于5 cm，達到此要求，航空攝影應滿足如下具體指標：

① 攝影地面分辨率GSD：確保正視角度的影像分辨率優于5 cm。

② 重疊度：確保航向不低于70%，旁向不低于70%。

③ 航高保持：根據GSD算得航高，在飛行過程中保證整個測區內相鄰航片高差不得超過20 m，測區內分區之間高差不得超過航高的六分之一。當測區地形起伏較大時，應在航線設計中，采用分區域、分批次的飛法，以確保相片分辨率保持不變。

2.4 ?攝影范圍

我方在目標區域上確定攝影范圍。攝影范圍的確定，應將目標區域的范圍線，轉換到作業需要的坐標系上，然后以成圖邊界為界限，整體外擴1倍的相對航高距離，以確保邊界建筑物外立面的完整性。

按現有資料完整性，攝影范圍的確定方法可分為影像圖對比或現場踏勘：

① 影像圖對比：利用已有影像圖作為參考，在圖上明確目標地物位置，將影像圖作為底圖，導入目標區域范圍線進行攝影范圍確定。此種方法適用于目標地區影像圖已有的情況，可明確飛行區域的地物地貌狀況，便于后期制定飛行計劃。

② 現場踏勘：若沒有測區的影像圖資料，應采用現場踏勘的方式進行攝影范圍的確認，以明確飛行區域的整體狀況。

2.5 ?空中三角測量解算

數據預處理之后，進行空中三角測量解算（空三解算），確定區域內所有影像的外方位元素。采用Smart3D軟件進行空三解算及后續的三維建模。

（1）空三解算

將包括像片數據和POS數據的數據導入后，直接進行無像控點的空中三角測量解算，進行內符合。當結果較好時，進行下一步，添加像控點;當結果不好時，再進行空三解算，直到結算結果具有較好的內符合精度[5]。

（2）像控點添加

無像控點空三結果合格時，對照外業測量數據，進行像控點的添加。在外業測繪的像控點中，按區域分塊抽取一定量的像控點作為檢核點，便于進行空三結果檢驗和模型檢驗[6]。

（3）結果檢查

每一個測區解算完成時，都需要對解算結果進行檢查，如果空三檢查不合格，需要針對不同的問題進行分別處理，調整相應解算參數，確認控制點刺點片及刺點位置正確等[7]。

2.6 ?影像三維模型制作

在三維軟件中將紋理貼圖賦予瓦塊模型，并替換保存;并將新生成的OBJ瓦塊模型作為約束條件導入至測區加密區中，提交重建任務，完成成果輸出。如圖2所示。

3 ?內業修測編輯

3.1 ?模型加載

現將三維模型加載到清華山維軟件中，dsm， dom數據的導入后便可進行地形圖的修測工作;其中修測主要包含水系，居民地，交通以及管線，地貌，植被土質等大類[8]。

最終該區域dwg文件導入已加載完成的模型中，從而進行整體修測工作。

3.2 ?各類地物的修測

居民地與建筑物要素（如圖3），交通要素大類（如圖4）。

4 ?修測結果

在EPS軟件中，對瓦房店市部分區域進行修測后，由于房屋，道路，水系，植被等地物的改變，線劃圖前后發生巨大變化。主要因素為道路的重新修建，多處原始地物發生更改。最終將修測完成的dwg文件數據導出，導出后具體情況如圖5與6所示。

現根據修測前后兩dwg文件對比可看出，該地區發生巨大變化;由于新建高速，多出建筑物及植被地貌等有巨大改動，西方向上多為農業用地與林地，變化較小[9]。主要變化以東南方向為主，各類地物變化數量如下表1所示。

實景影像三維模型有著良好的物理精度以及地表以上豐富的地理信息。對這些原始數據進行充分有效利用必然是未來的發展方向所在[10]，并且在實景影像三維模型上立體測圖的作業方法更加直觀簡便，不需要作業員借助沉重的立體眼鏡、腳踏盤等設備，減輕了作業員的負擔并且大大提高現有數據的利用價值，從而折減了原始數據的生產成本，提高了工作效率和生產效率。

參考文獻

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[8] 張畢祥. 基于傾斜攝影測量技術在大比例尺地形圖測繪中的研究[J]. 軟件， 2018， 39（7）： 146-151.

[9] 汪淼. “數字大連”基礎測繪數字線劃圖生產[J]. 地理空間信息， 2016.

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