基于傾斜攝影建模的三維測圖要點研究

摘要：由于現有的測圖精度低，因此，研究基于傾斜攝影建模的三維測圖要點。配準多站點云數據，對點云數據進行濾波處理，采用Studio軟件平臺進行曲面重建，以完成點云數據準備。運用傾斜攝影技術獲取大量地物單元圖像，提取圖像邊界，構建三維地物單元表達模型，實現對地物單元空間特征的全面展示。利用EPS軟件應用平臺自動完成標高線的生成。將提取的地物數據進行綜合整理，并導入TREE軟件平臺中完成圖廓的繪制。測試結果表明，計算得到三維激光掃描數據的高程與實際值誤差為0.3 mm，符合成圖規范的相應要求，還原了真實地表信息，高精度提取了地表特征點，達到了良好的測試效果。

關鍵詞：傾斜攝影 建模 三維測圖 測試與分析

Research on Key Points of 3D Mapping Based on Oblique Photographic Modeling

GU Chenqian

Nantong Surveying and Mapping Institute Co.， Ltd， Nantong， Jiangsu Province， 226006 China

Abstract： Due to the low accuracy of existing mapping， the main points of 3D mapping based on oblique photographic modeling are studied. Multi-site cloud data is registered， the point cloud data is filtered， and the Studio software platform is used for surface reconstruction to complete the point cloud data preparation. A large number of surface object unit images are obtained by oblique photography technology， and the image boundary is extracted. The three-dimensional surface object unit expression model is constructed， and the spatial characteristics of surface object unit are fully displayed. The elevation line is generated automatically by EPS software application platform. The extracted surface object data is comprehensively sorted out and imported into the TREE software platform to complete the drawing of the map outline. The test results show that the error between the calculated 3D laser scanning data and the actual value is 0.3 mm， which conforms to the corresponding requirements of the mapping specification， restores the real surface information， extracts the surface feature points with high precision， and achieves good test results.

Key Words： Oblique photography; Modeling; Three-dimensional mapping; Testing and analysis

隨著遙感技術的飛速發展，三維測圖技術不僅極大地提升了測繪作業的精度與效率，更實現了對復雜地形地貌與城市環境的精細化重構。通過多源數據融合，構建出具有真實感、可量測的三維空間模型，為城市規劃等領域提供了有力的數據支撐。三維測圖技術為各行各業提供了更加直觀、精準的空間信息解決方案。在分析過程中，趙文普等人[1]提出衛星搭載了雙線陣有效載荷，利用立體像對進行合理匹配，生成三維點云數據，將生成的三維地形圖。何進榮等人[2]提出輸入隨機噪聲向量到運行器，運行器輸出一張假圖像，在訓練完成后，可以使用生成器生成大量的逼真圖像，這些圖像可以用于模擬真實的測圖環境或作為測圖數據的補充。但上述兩種方法都有一定局限性，因此，本文以三維測圖要點為研究對象，運用傾斜攝影建模，結合實際情況進行詳細測試與分析。

1 三維測圖要點

1.1 點云數據準備

根據研究區地形地貌特征，結合前期部署的施工控制網，安裝了GPS接收機，獲取研究站的實時坐標。現場掃描過程中，相鄰測量站點云重疊度超過40%，保證下一步點云數據配準的高精度。其次，需要注冊多域云數據，轉換獨立站模型之間的空間坐標，通過支持THKIE軟件的掃描儀將相鄰站數據注冊到地面站坐標系中，并對相鄰站進行比較和配對，以確保處理和配對，直到所有測量站的數據登記完成，以檢查是否符合標準。在條件平差中所運用的公式為

式（1）中：為條件方程的系數矩陣；為觀測值向量；為常數向量。通過平差運算，可以消除觀測過程中的誤差，達到高質量的數據配準。當逐站配準效果沒有滿足要求時，可以通過手動干預，利用特征地物進行同名點對或面的配準，以實現測區的精確配準。在三維激光掃描過程中，由于周圍環境的影響，所以獲取的點云數據常包含噪聲點。預處理階段，需對點云數據進行濾波處理，去除噪聲點，以保證后期三維曲面構建的質量。基于點云數據的統計分布，利用高斯分布的特性，使用準則進行過濾。其公式為

式（2）中：為平均距離；為距離平均值；為標準差。數據點應主要集中在均值附近，遠離均值的數據點可能是噪聲。針對不同類型的噪聲，將點云數據裁剪分塊處理，必要時，輔以人工手動去除噪聲點。由于濾波處理中點云數據中易形成空洞[3]，因此，對于復雜地形區域，采用Studio軟件平臺進行曲面重建，以完成點云數據處理過程。

1.2 提取傾斜攝影地物邊界信息

在三維測圖過程中，運用傾斜攝影技術獲取的大量地物單元圖像，根據固定順序提取圖像邊界。因此，通過構建貼片模型，該模型作為地理平面，具有中心點、法向量，為圖像的匹配提供了有效框架。在圖像匹配過程中，需要確保光影一致性。采用共軛算法來優化光影值，從而計算出最佳光影數值，其公式為

式（3）中：為參照圖像的子集；為與圖像匹配的最佳聚光數；為貼片模型；為整體圖像集。在圖像處理中，貼片模型的可見性主要受參照圖像集的一個子集和計算得到光影最佳數值影響。因此，需要針對稀疏匹配后較為緊密的地物單元圖像，利用深度圖像進行膨脹處理，以獲取更新后的參照圖像子集估計值。將圖像坐標系轉換為極坐標系統，從而在坐標軸上針對圖像的邊界信息進行查找與提取[4]。根據估計更新后的參照圖像子集，對貼片模型進行調整，以達到最佳的圖像匹配效果。將匹配后的地物單元圖像整合為集合，并再次將圖像坐標系轉換為極坐標，確保邊界信息的提取過程更加高效。為了滿足地物單元表達模型的構建需求，根據與提取三維地物單元的邊界信息。選擇具體像素點的數量，設定極值點作為初始搜索基準點，通過迭代搜索，最終輸出地物單元的邊界點。

式（4）中：為估計閾值。通過閾值與邊界值的比較選擇，完成地物單元邊界信息的提取。

1.3 地物三維建模

基于這些邊界信息，構建出清晰展示地物單元信息的三維實體，實現對地物單元空間特征進行三維展示。得到的模型如圖1所示。

在創建三維特征單元的過程中，必須滿足目前特征單元1：1000比例尺的映射要求。其次，三維物體可以從不同角度全面顯示地物單元的空間信息，從而構建高度逼真的三維平面圖。在利用平滑后的地貌關鍵點自動生成高程線的過程中，由于提取的地貌關鍵點密度大且分布不均勻，如果直接利用這些平滑后的關鍵點來追蹤高程線，則會表達過多的細節，導致鋸齒狀和不規則的高程線。因此，在描高程線之前，需要根據圖紙要求，對這些關鍵點進行合理均勻的劃分。然后，利用EPS軟件應用平臺自動完成高程線的生成[5]，提取的特征數據將被徹底組織并導入TREE軟件中，在TREE平臺中添加文字注釋并完成輪廓繪制。通過野外地形測繪工作，對3D激光掃描儀點云數據生成的地圖進行徹底檢查，對地表特征進行識別和分類，以確保測繪精度。將采集到的地形圖結果劃分為標準段，按照特定標準輸出地形圖結果。

2 測試與分析

2.1 搭建測試環境

采用區域網布點策略，在研究區范圍內，每隔150 m設置一個像控點，并在其間穿插布置少量檢查點。通過網絡RTK進行作業，每個點位均進行了2次不間斷觀測，以確保數據的準確性。在觀測過程中，確保衛星高度角為12°，觀測歷元數設定為30個，以確保數據的多樣性。此外，將控制點的標高精確到0.01 m，將數據導入EPS中，以完成1∶1000比例尺的DLG的采集和繪制，并最終將成果入庫。

2.2 結果與分析

通過GPS獲得測點信息，將測量的高程與地物三維掃描點云數據中的高程情況進行了對比分析，當誤差在0.3mm以內時能夠滿足繪圖要求。因此，在此次測試過程中，共檢查了100個點位。結合不同測點，得到測量高程云圖結果如圖2所示。

由圖2中結果可知，根據云圖中不同點位分布，通過計算得到的三維激光掃描數據的高程與實際值誤差為0.3 mm，在誤差可允許范圍內，符合成圖規范的相應要求。這說明運用本文三維測圖技術能夠較好地進行繪圖，還原真實地表信息，高精度地提取地表特征點，為三維測圖提供更加合理化的手段，提升了測圖的精準程度。

3 結語

本次研究從三維測圖入手，深入分析傾斜攝影技術的應用，探究了基于傾斜攝影建模的三維測圖要點問題。傾斜攝影得到的圖像通常需要進行校正，以消除圖像的畸變和旋轉偏差。為了提高三維模型的真實感，需要對模型進行紋理映射。將傾斜攝影得到的影像數據作為紋理貼圖應用到三維模型上，使模型更加逼真。但是，本文方法中還存在著不足，如地物的動態效果等，今后應更加完善此方法，根據實際情況對三維模型進行光照模擬，使模型在不同光照條件下的表現更加真實。

參考文獻

[1] 趙文普，劉鈺，吳曉春，等.利用高分七號衛星開展1∶10000立體測圖精度驗證[J].測繪科學，2022，47（1）：165-171，180.

[2] 何進榮，孫婭妮.基于生成對抗網絡的色盲測試圖像自動生成方法研究[J].電視技術，2023，47（2）：9-11.

[3] 朱思奧，李國元，郭金權，等.國產立體測圖衛星典型冰川區高精度DEM生產及質量對比[J].紅外與激光工程，2023，52（10）：194-210.

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[5] 唐亮，吳桐，劉一軍，等.融合加速度的橋梁位移響應傾斜攝影監測方法[J].儀器儀表學報，2022，43（10）：152-164.