基于动力三角翼低空摄影测量技术的三维建模方法研究

刘丽娟　熊　文　李胜天

（江西省煤田地质局测绘大队　江西南昌　330001）

基于动力三角翼低空摄影测量技术的三维建模方法研究

刘丽娟熊文李胜天

（江西省煤田地质局测绘大队江西南昌330001）

摘要：通过利用动力三角翼低空摄影测量技术获取高分辨率正射影像图和DEM数据，利用ArcGIS和SketchUp相结合，实现了对地形和地物数据相结合的快速三维建模。实验证明该方法可行。

关键词：低空摄影测量；数字高程模型；正射影像图；三维建模

1　引言

鉴于目前对三维景观建模的方法研究，有通过专业的三维建模软件实现的，有利用传统的GIS数据进行三维建模的，第三种是通过利用航测技术进行三维建模。每种方法都各有特点。利用第一种方法的能对城市的结构和材质特征比较逼真的表示出来，但是没有具体的地理信息，第二种方法传统的GIS数据不能对城市细节表现出来，视觉效果不好。利用航测方法能实时获取清晰的数据，对地物地形及其变化能更加具体的描述，因此本文初步探讨利用航测方法进行建模。

2　基于INPHO的动力三　角翼低空摄影的数据解算

随着数码相机技术的发展和应用，低空摄影测量技术的研究与应用已成为必然趋势，它是一种基于数字信息和数字影像技术的数据获取手段。低空摄影测量是一种采用轻小型飞行器的，可使用但不依赖机场起降的，相对航高较低，一般在2000米以下，采用2000万像素以上的小像幅数码相机为传感器进行航空摄影测量工作。

2.1低空摄影作业流程

（1）首先获取基于POS辅助空三加密的影像数据。数据采用动力三角翼低空航摄获取。相机为RolleiP65+型数码相机，焦距51.565mm，航向重叠65%，旁向重叠35%，航摄比例尺1:15000。

（2）POS数据解算。利用GRAFNAV软件将获得的GPS/IMU数据进行解算，得出比较准确的相机拍摄位置。结合飞行记录里的姿态角 （已经过云台纠正），得到照片的初始6个方位元素：X，Y，Z，W，P，K。再将其坐标参数X，Y，Z通过参数转换，将已有的WGS84坐标系转换到所需的坐标系西安1980坐标系。

（3）内业空三加密

由于数据有加载GPS/IMU，利用INPHO进行GPS/IMU辅助空三加密。INPHO软件采用新一代光束法二次平差，能过得到更好的数学模型和平差结果，测区平差可靠，精度高。

加密分为两种模式：第一种，绝对定向方式，即要求空三开始之前就加入地面控制点和检查点。第二种。相对定向方式，即不要求地面控制点和检查点，空三完成后再进行绝对定向，一般用于无控制点或者控制点不好做，影像质量不好时。加密后的各种限差具体取值如表1。

2.2DEM制作和特征数据采集

数字地形模型（DigitalTerrainModel，简称DTM），是描述包括高程在内的各种地貌因子，如坡度、坡向、坡度变化率等因子在内的线性和非线性组合的空间分布。

INPHO模块之一DTM/DSM生产——Match-T，具有精确、高效、全自动化的功能。

建立DEM的方法有多种，本文根据低空摄影获取的影像，通过数字摄影测量途径获取。

1）从航空或卫星影像中全总动化提取DSM/ DTM，为整个测区影像生成无缝模型。

2）通过先进的智能多影像匹配技术和有效的数据滤波，实现高精度和可靠性。

3）通过已有地形地貌数据参与以提高结果精度，所有影像重叠区均参入计算。

4）可以根据需要设定自定义区域，整合DTM工具包（合并、分幅、格式转换等）。

2.3DEM数据编辑

通过以上方法提取DEM数据进行检查编辑，对建筑物、水域、树木上的DEM点进行编辑处理，使其落于地面上。

2.4数字正射影像图制作

利用已编辑的DEM数据制作正射影像图。数字正射影像图影像地面分辨率：0.1米。对正射影像作匀光匀色处理。单个测区生成DOM后，对每个模型的正射影像进行检查，对个别色调差别大的影像进行单独处理。再选择出颜色质量好的，接近整体效果的影像为主影像，以它为参照进行匀光。

3　地形和建筑物三　维建模

Arcgis具有很强大 GIS三维功能，利用其ArcScene模块可以直接添加显示三维数据，叠加影像数据和矢量化数据，可以对矢量数据进行拉伸，从而达到很直观的三维效果。也可以进行相关的3D分析，生成坡度坡向等。GoogleSketchUp软件能迅速的对建筑物进行三维构建、显示和编辑。其建立的3D模型数据可以导出多种数据格式，能与GIS软件兼容，参与3D空间分析。

本文利用 ArcScene对地形数据建模和SketchUp对建筑物建模相结合。

3.1地形的三维建模

地形建模是用于表达地面起伏形态，包括数据和地表纹理。其方法是可以通过利用三维

点云数据生成 TIN（TriangulatedIrregular Network，不规则三角网）或者DEM，在叠加正射影像数据作为地表模型的纹理数据。

本文通过低空航摄获取到高分辨率正射影像图和DEM数据，通过转换DEM格式，在ArcScene中加载DEM数据，生成TIN模型，加载正射影像图作为该地表模型的纹理叠加到该模型上，实现地形的三维建模，如图1所示。3.2建筑物的三维建模

建筑物的建模可以大致分为几种：大区域的建筑物群时，要分类建模；城市片区的内部建筑物以简单纹理体块表示；街边路边的要在主体建筑物上添加纹理，增强真实感；结构复杂或者有重要标志性的建筑物可以单独建模。本文的数据属于小区域的城市内部建筑物，利用ArcGIS结合SketchUp建模流程概括：

（1）使用ArcGIS桌面，即ArcMap加载矢量数据，即特征数据采集的房屋三维数据。

（2）在ArcMap环境中，利用SketchUp插件工具，将所需要建模的区域导入SketchUp中。

（3）在SketchUp创建模型，对建筑物添加相应的纹理。对于复杂的建筑物的外表比如门窗等框架结构复杂图案，可以利用纹理映射方法模拟这些细节，可以提高速度和减少数据量。

（4）在 SketchUp中将模型转成 ArcGIS的Multipatch模 型 要 素 文 件 并 保 存 于Personal GeoDatabase（.mdb）中。

（5）在 ArcScene中将的房屋三维模型（Multipatch数据图2（b））加载到图1地形三维模型数据中，得到了建筑物结合地形的三维模型。如图3所示。

4　结束语

利用三维建模软件和GIS专业软件相结合，通过航测方法获取提取数据，能快速、有效、准确的实现地形地貌的建模，能得到更好的直观的展示。低空摄影测量给三维城市地形地物的建模数据的获取提供了一个很好的途径，利用它们可以把遥感和决策信息系统技术集中起来，在测绘等领域中发挥更重要的作用。

参考文献：

［1］程效军，朱鲤，刘俊领.基于数字摄影测量技术的三维建模.同济大学学报（自然科学报）.2005，33（1）：37-41

［2］VirtuoZo全数字摄影测量系统使用手册.218-219

［3］徐昌荣，孙涛，仲军华.ArcGIS结合SketchUp辅助城市规划的综述.安徽农业科学.2008，36（34）：15132-15134