機載Li DAR航空攝影測量在三維建模中的應用分析

劉華章

（云浮市地理信息中心，廣東 云浮527300）

1 項目概況

廣東云浮西江新城三維模型、數字高程模型制作項目的工作范圍，整個項目的實際測繪面積約為80km2。在實際測量過程中，將會使用行1∶500的LiDAR和傾斜攝影、建立數字高程模型（DEM）、數字正射影像（DOM）和數字地形圖，進而制作出測繪區域的實景三維模型。

2 機載Li DAR技術

2.1 對地定位

所謂機載LiDAR技術，就是利用飛行器作為技術系統的實際載體，通過飛行器上所搭載的攝影設備對地球表面進行拍攝掃描，獲取地球表面高精度點云數據的對地觀測技術。在實際應用過程中，機載LiDAR技術將會以激光測距技術、動態GNSS定位技術以及慣性測量技術等技術為基礎，并通過同步控制系統來同步飛行器的位置數據信息，完成飛行器的定位處理工作。

2.2 點云濾波

在機載LiDAR技術應用過程中，同步控制系統將會對飛行器所同步傳輸的GPS數據、激光測距數據、姿態數據等數據同步到地面，地面將會通過PC設備來對該些數據進行聯合解算處理，得到點云數據。通常來說，點云數據包括有三維坐標、回波強度以及回撥序列號等信息內容。由于機載LiDAR技術在通過飛行器進行地面拍攝掃描時，其并未記錄激光腳點所在地物的屬性，所以點云數據中也不包含相關地物的屬性信息。在此情況下，想要構建完善的實景三維模型，還需要在點云數據中提取出地面點，然后根據地面點來構建城市實景三維模型。此過程中，點云濾波的實際作用是將點云數據分離成地面點和非地面點2種數據信息，即從中提出去素質地表模型和數字高程模型，從而有效地實現地面點與非地面點的分離，為城市實景三維模型構建提供位置信息保障。

2.3 點云分類

機載LiDAR技術的激光腳點將會落到植物、街道、建筑、河流等地物之上，而想要有效地構建出城市實景三維模型，就需要對該地物進行分類，并根據不同地區分類之間的腳點數據，提取出相應目標點的云系列，完成點云數據分類工作。

3 傾斜攝影測量技術

3.1 系統工作

傾斜攝影測量技術作為當今地物測繪過程中常用的技術手段，由于傾斜攝影技術采用了可以進行多角度觀測的單頭相機和多頭相機結合的方式，所以相比較傳統的攝影技術來說，其可以通過多個角度對測繪地物進行信息的觀察獲取，進而促使其不僅可以直接獲取地物的正射影像信息，還可以快速地獲取正攝影像信息側面的影像信息以及激勵拍攝點的實際位置信息，有利于后期數據處理過程中影像的空間定位工作。

3.2 像控點測量

為確保傾斜攝影測量技術的最佳應用效果，在應用過程中，還需要完成像控點的測量工作。在項目中，測控點的測量工作將會分為布設、判刺、聯測以及空三加密4部分。其中，像控點的布設工作需要先結合項目區域的實際情況，劃分出項目點布設區域網，然后以此為基礎進行實際像控點布設工作；判刺則是指在進行像控點選擇過程中，應盡可能將像控刺點布置在可獲取圖像清晰，易于判別的位置，如地物拐角等[1]；聯測則是指采用YFCORS的網絡RTK作業方式進行聯測工作，并在完成聯測后，及時檢查展點，防止出現誤差情況，為后續工作內容打下基礎；空三加密則是指在進行實際空中三角測量前，傾斜攝影技術將會對所獲取到的原始影像進行預處理，該處理內容包括有色彩處理、亮度處理、對比度處理以及勻色處理等。具體空三加密建模流程如圖1所示。

圖1空三建模流程

4 機載Li DAR航空攝影測量在三維建模的應用

4.1 應用流程

在實際應用過程中，系統會先將過濾后的地面點轉化為規則格網，獲取相應的格網模型，然后再對格網貼紋理，從而完成對城市三維實景模型的細化模擬效果，具體效果如圖2所示。在進行城市地物實景建模過程中，首先需要將點云數據信息通過地物所對應的分類信息進行分類區分，然后結合傾斜影像測量技術所獲取的數據信息，將兩類信息導入軟件中，完成對地物的輪廓勾勒、立面剖分、細節班級以及紋理貼圖等工作流程，最終實現城市實景三維模型效果。

圖2格網模型展示圖

4.2 地面建模

地面模式是構建城市實景三維模型的基礎保障，并且其實景精度水平還將會直接影響后續的三維模型構建效果，所以在進行地面建模時，一定要提高地面建模的精度。在本項目中，需要通過機載LiDAR技術與傾斜攝影技術相結合的方式來構建地面模型，所以在實際應用過程中，首先要對機載LiDAR技術所獲取的原始點云數據進行點云濾波處理，從而獲取地面建模所需的城市地面點。其次，需要對經過點云濾波處理的點云進行數據內插。考慮項目的實際情況，想要提高地面建模的實際精度水平，需要根據距離權重的方式將地面點云數據內插層1m×1m的規則格網。最后，將經過對象化處理后的DOM和規則格網導入三維平臺軟件中，生產城市地面三維模型。

4.3 建筑物建模

在建筑建模過程中，首先需要在已經完成分類后的點云數據中提取出建筑物的點云數據信息。其次，結合傾斜影像測量技術所獲取的建筑物影像數據信息來勾勒出建筑物的實際輪廓情況，具體效果如圖4所示。再次，在實際應用過程中，由于城市中的高層建筑存在著投影差的情況，所以在實際建筑物輪廓勾勒時，可能會存在一定的坐標偏差，所以還需要在建筑物建模過程中，根據建筑的點云數據信息，對建筑物的實際輪廓線進行處理，促使其能夠覆蓋點云邊界。最后，將所獲取到的建筑物模型導入軟件中進行貼紋理等細化編輯工作。

4.4 模型整合

在完成地面模型和建筑模型構建以后，還需要將2類模型進行有效整合，從而構建成完整的城市實景三維立體模型效果。此過程需要在建模軟件中分別導入地面模型和建筑物模型，之后再導入道路、景觀等其他類型的模型，最后通過人工編輯的方式對所有模型進行精細化編輯，完成各種模型的無縫對接效果，構成城市實景三維模型效果。

5 結語

本文結合廣東云浮西江新城三維模型、數字高程模型制作項目，介紹了一種機載LiDAR技術與傾斜攝影測量技術相結合的城市實景三維建模方法。在此過程中不僅明確了機載LiDAR技術在三維建模中的實際應用，還有效解決了傳統建模方式中的諸多不足。但從項目中的實際應用來看，很多操作流程仍舊需要通過人工的方式來完成，其不僅會降低建模效率，還會增加建模的錯誤率，影響建模構建效果。因此，還需要進一步完善和研究，從而提出更加有效、快速的技術及方法。