基于傾斜攝影測量技術的城市三維建模方法應用研究

鄧錦鋒

摘要：如何快速構建真實而準確的城市實景三維模型是測繪領域研究熱點之一，傾斜攝影測量技術的出現給城市三維模型的建設帶來了新的契機。對此，文章圍繞傾斜攝影實景三維建模關鍵技術進行研究，希望可以提供技術參考。

關鍵詞：傾斜攝影測量;三維建模;關鍵技術

相對于傳統三維建模效率低、工作量大、費用高、不能很好地反映真實地物地貌等問題而言，采用傾斜攝影測量技術可以更加全面地感知復雜場景，具有范圍廣、清晰度高、精準度高、角度多等優點，能夠提升物體正射影像拍攝工作效率，同時可得到物體的立面紋理信息，再利用高性能協同數據處理系統，便能夠以較快效率構建城市實景三維模型。

1傾斜攝影實景模型構建技術

傾斜攝影技術是一項新興技術，在測繪地理信息領域有著良好的應用效果。在運用該技術時，需將多臺傳感器裝設在同一飛行平臺上，從多個視角完成影像信息的采集，包括垂直視角、傾斜視角等，可以得到較為全面的地物影像信息，包括側臉信息以及頂部信息等。再借助電腦軟件，可在盡量減少人員參與的前提下，完成模型的自動化構建，并生成城市實景三維數據。采用傾斜攝影實景模型構建技術時，主要有傾斜航空攝影、控制測量、空中三角測量、三維建模等作業環節。先完成飛行平臺構建、相機選型以及航線設計，在此基礎上進行傾斜航空航攝，結合CORS數據進行與處理和POS解算，然后通過空中三角測量完成控制點測量，再進行實景三維模型構建和修飾修補，最后開展質量檢查，并提交最終作業成果。

1.1航攝平臺選型與航線設計

航攝飛行平臺類型多種多樣，當前較為常用的主要有直升機、動力三角翼、運5、運12、固定翼無人機、旋翼無人機等，可根據空域高度的不同進行選擇。對于傾斜攝影實景模型的構建來講，作業規模較大，對飛行器的工作效率要求較高，選擇航攝平臺時，應滿足高空作業需求。

對于實景三維模型來講，其精度和建模效果與影像重疊度及影像分辨率有著直接關系。在作業過程中進行航線敷設時，要求航向影像與旁向影像重疊度最小均為70%。當建筑物數量較多、密度較大時，還需結合對其頂層實際重疊度進行分析，以便在航線敷設時做出調整。

1.2像控點布設

在構建三維模型時，做好像控點布設工作，提高其分布密度，能夠使模型數據精準度得到顯著提升。同時，應對時間周期、經濟因素、成果質量展開分析，以確保模型精度為前提，確定最佳方案，完成像控點的布設。如果城市規模較大，在進行傾斜攝影測量時，需根據區域面積布設像控點，保證其分布的均勻性，通常情況下，地勢較為平坦的區域，每平方公里所布設的像控點數量不得少于1個，各個區域邊緣的連接處，可增加像控點布設數量。

1.3傾斜空三測量

在傾斜攝影測量作業中，一般會通過POS輔助空三解算實現空中三角測量。空三計算分為2個環節。

1）提取連接點。

2）對光束法區域網進行平差操作，目前較為常見的連接點自動量測算法傾斜影像處理中存在一定的局限性，需作出改進和優化，具體來講，可通過POS系統獲取初始值，即多視影像外方位元素，再利用SIFT算法和ASIFT算法，匹配多視影像特征，實現傾斜影像連接點的提取。

在空三測量計算中，光束法區域網平差方法尤為重要，具有精度高、嚴密性強的優點，在多視影像空三測量中也有著良好的應用效果。根據影像連接點坐標值，與地面控制點相結合，采用平差方法進行運算，可確定連接點地面坐標位置，并得到測區影像的外方位元素。一般來講，進行空三計算時，可借助傾斜建模軟件完成，只需運算一次便可獲取相應的結果。但是也存在數據與實際要求不相符的問題，影響空三計算結果，針對這種現象，為提高數據精度，可將不符合要求的數據從中剔除，再次進行計算或者多次計算。

1.4三維建模

完成傾斜空三測量后，便需要構建實景三維模型。傾斜三維建模系統會按照影像數據，對最佳算法進行匹配，一一對應同名點。然后通過特征點的抽取，形成密集點云，再結合空三測量運算結果，確定影像關系，完成三角TIN的建立。再根據三角TIN形成白模，計算影像紋理，通過映射與白模相對應，實現三維建模操作。

1.5模型優化

在空三階段，受多種因素的影響，如航攝盲區、影像重疊度、地物反光、影像分辨率、航攝時間不同等，容易發生匹配錯誤現象，或者出現點位不足的情況，對三維建模效果造成影響，造成紋理變形、模型懸浮、紋理陰影、無三角網的空洞區域等問題，此時需要進行修飾修補。如果出現建筑物玻璃幕墻漏洞、水面空洞等問題時，可通過人

工方式在軟件中導入需優化處理的模型數據，利用軟件系統對其進行編輯，構建全新的模型，進而實現較為理想的建模效果。

2基于傾斜攝影測量的實景三維模型生產實例

2.1測區概況

受委托，我公司參與了某城市三維數字地圖系統建設項目，本項目需要對該城市358km2的中心城區構建多層次、多細節的精細三維模型，在城市管理審批、城市規劃設計、數字城市旅游以及城市宣傳和展示等多個方面進行應用。

2.2外業獲取數據

利用無人機對測區開展低空傾斜攝影測量得到地面傾斜影像數據，飛行高度350m，成圖比例尺1：2000，參照三維建模規范要求，原始傾斜影像的地面分辨率為6cm，70%正射航向重疊，70%旁向重疊。為檢查三維模型的精度，在測區范圍內均勻分布100個檢查點位，并利用RTK進行測量，保證平面和高程的中誤差控制在0.10m之內。

2.3實景三維建模

因攝取位置距地面比較遠，需要對外業航空攝影測量的原始影像數據進行畸變糾正、勻光、勻色等步驟處理才能應用。本項目采用了Skyline PhotoMesh7.0軟件進行三維建模，Skyline PhotoMesh7.0是一款較成熟的傾斜攝影測量自動處理建模軟件，該軟件融合航空攝影測量、高性能計算機視覺、計算機圖形學等先進技術，可實現自動、快速地將一組無序標準的二維影像構建成帶有紋理的精細三維網格模型。PhotoMesh7.0可以融合不同來源、不同格式、不同分辨率的相片，自動完成DSM點云生成、TIN構建、紋理映射等流程，從而批量生成真實的城市實景三維模型。

2.4實景三維模型精度評估

利用JXCORS實地測量100多個特征檢查點來檢測實景三維模型的精度，記錄每個檢查點對應的實地位置并采集平面坐標和高程。將測量的每個檢查點坐標與從實景三維模型對應位置中提取的坐標對比進行精度評定，100多個檢查點中平面最大誤差0.283m，中誤差0.198m;高程最大誤差0.355m，中誤差0.297m，其精度滿足《三維地理信息模型數據產品規范》（CH/T9015-2012）的要求。

3結束語

傳統的三維建模技術存在低效率、高成本、紋理數據不足、數據處理復雜等問題，傾斜攝影測繪技術從不同視角獲取地物的影像信息能夠彌補傳統三維建模技術的缺陷，具有高效率、低成本等優點，為城市大規模實景三維模型數據生產提供可行的技術解決方案

參考文獻

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