基于傾斜攝影采集立面圖方法的研究

魏軍 曹琴

摘要：城市規劃離不開立面圖，利用傾斜攝影成果，對立面圖的采集提出了兩種方法：一是基于三維模型;二是基于三維點云。對兩種成果的精度進行了統計，可以達到1：500地形圖要求，對立面圖數據的生產具有較強的指導意義。

關鍵詞：傾斜攝影;三維模型;彩色點云;立面圖

中圖分類號：P231 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）01-0046-01

0 引言

近年來，隨著城市的迅速發展，隨著人們對生活品質需求的日益提高，隨著美麗鄉村等項目的開展，立面圖的制作需求越來越多。立面圖的生產，傳統的方式是利用全站儀進行全野外采集，然后將采集的成果導入南方CASS等軟件，結合高清數碼相機采集的照片，進行連點，而且在實際作業中，由于遮擋等問題，需要架設很多站次，生產成本高、作業效率低，已經不能滿足現在的需求[1]。而作為近幾年迅速發展起來的傾斜攝影，由于其可以同時搭載多個相機，對地面物體進行多角度拍攝，可以通過少量控制點將外業工作轉到內業進行[2]，大大的提高了立面圖生產的效率，節約了生產成本，而且實景三維模型，更貼近真實環境，可謂“所見即所得”，可以作為歷史數據進行保留，結合三維模型進行城市規劃設計，效果更好，逐漸成為了目前生產立面圖的主要方法之一[3]。

1 傾斜攝影數據生產流程

傾斜攝影主要分為外業和內業，外業主要是獲取原始數據，包括航線的規劃、像控點的布設和測量、影像的采集;內業主要包括空三加密、內定向、相對定向、絕對定向區域網平差、三維實景三維模型生產和三維點云生產等。

2 基于傾斜攝影成果的立面圖采集

傾斜攝影成果較多，包括三維實景模型、三維點云和正射影像等，本文中為了對比兩種數據源制作立面圖的精度，生產了同一區域的三維實景模型和三維點云，并分別對其進行立面圖的采集與制作，在模型嚴重變形或三維點云嚴重缺失的地方，通過利用全站儀進行外業補充測量，然后導入CASS軟件完成數據的整合。

城區里道路兩側高樓多，在進行立面采集的時候，會存在建筑物互相遮擋的問題，針對這種問題，有兩種解決辦法。第一種在生產模型的時候，導入范圍線，一般范圍線從道路中間平分道路，這樣就可以按照道路兩側分別生產模型;另一種方法，在EPS軟件里，根據實際需求，對加載到軟件中的模型進行切割，這樣便于更好地采集立面圖。本文中采用第二種方式，進行分割實景模型和三維點云。

2.1 基于實景三維模型成果采集立面圖

在空三加密精度滿足1：500地形圖精度要求的基礎上，利用建模軟件生產的OSGB格式的三維模型，導入EPS軟件中，自動生成EPS軟件特有的DSM格式數據，通過裁切模型，設置模型的視角并固定視角，然后利用簡單地畫線、畫面工具，對建筑側面的結構進行勾繪，然后將勾繪的成果導出為DWG格式即可。在勾繪時，需要結合模型紋理以及建筑物結構的特點，進行準確勾繪。對于模型變形嚴重區域，不能準確采集的，需要進行標注并利用全站儀進行外業補充采集;對于部分變形的，可準確采集對角點位的，可以利用結構的垂直對稱特性，通過對角點位進行“橫平豎直”的方式進行。這樣采集的基準是地面，“豎直”是指垂直于地面，如果地面凹凸不平，這樣采集的成果很容易超限，一般根據模型的質量自行選擇。最后在CASS軟件里，整理內業和外業補測的成果，最后形成合格的、完整的立面圖成果。

2.2 基于三維點云成果采集立面圖

在空三加密精度滿足1：500地形圖精度要求的基礎上，利用建模軟件生產采樣間隔為5cm的LAS格式的點云，導入EPS軟件中，自動生成EPS軟件特有的PCD格式數據，然后對點云數據進行裁切，設置點云的視角并固定視角，然后利用簡單地畫線、畫面工具，對建筑側面的結構進行勾繪，生產立面圖。在利用三維點云進行立面圖勾繪時，首先要通過點云的分布特點，確定建筑物的結構，然后對建筑物側面結構進行準確勾繪。相對于三維模型來說，點云并不是很直觀，所以在采集立面圖的時候，很容易采集錯誤。對于點云嚴重缺失區域，內業無法對其立面結構進行準確勾繪的部分，需要通過外業利用全站儀進行補充采集。最后在CASS軟件里，整理內業和外業補測的成果，最后形成合格的、完整的立面圖成果。

3 精度統計與分析

對于城市設計規劃來說，精度是不可或缺的一項重要指標。為了檢測立面圖成果的精度，在實際作業中，利用全站儀隨機采集了66個邊的長度（以下簡稱為“邊長”）。與兩種方式采集的立面圖成果進行了精度統計。通過精度統計分析，可以看出，在66組較差中，有63組較差可以滿足1：500地形圖精度需求（測繪規范中1：500精度要求為中誤差不超過20cm）;有3組較差較大，其原因是位于建筑物靠近地面的部分，由于樹木遮擋、陽臺遮擋等原因，從空中無法獲取其影像信息，導致模型變形嚴重、點云嚴重缺失，采集不準確，需要利用全站儀進行野外補充采集。在符合精度要求的63組數據中，利用模型采集的成果中誤差為10.3cm，利用三維點云采集的成果中誤差為12.4cm。利用模型生產的立面圖其精度較點云生產的較高，分析其原因，主要有以下幾方面：（1）點云數據量大，在生產的時候，采樣間隔為5cm，采樣距離較大，影響了其精度;采樣間隔太小，數據量會很龐大，導致軟件操作卡頓，影響作業效率;（2）點云較模型來說，直觀度并不高，在采集的過程中，并不能很好的對角點進行判斷，導致容易采集到非角點坐標上。

對于利用點云數據采集，根據項目需求合理進行點云采樣間隔設置，滿足對應項目要求的精度即可。

4 結語

通過上述統計分析可以看出，利用傾斜攝影加上全站儀補充采集立面圖的方式，可以生產滿足1：500精度需求的立面圖產品。較傳統的利用全站儀全野外采集立面圖而言，這種組合方式制作立面圖，其生產成本低，作業效率高，還可以保留實景三維模型，讓設計規劃人員可以更好地設計，可以大面積的生產立面圖，所以對于立面圖制作來說，具有很強的指導意義。

參考文獻

[1] 彭勁松，葉波，李娟，等.三維激光技術在建筑物外立面測量中的應用[J].測繪通報，2018（7）：156-159.

[2] 曾攀立，劉傳逢，李翅，等.三維激光掃描和全站儀結合的建筑物立面測量方法研究與工程實踐[J].城市勘測，2018（6）：139-142.

[3] 田文波，楊興寶，谷明，等.三維激光掃描儀在建筑立面測量及快速建模中的應用[J].北京測繪，2016，130（5）：113-116.