基于倾斜摄影测量技术的三维数字城市建模研究

赵 林

(太原市城乡规划测量中心，山西 太原 030002)

基于倾斜摄影测量技术的三维数字城市建模研究

赵 林

(太原市城乡规划测量中心，山西 太原 030002)

对倾斜摄影测量技术与三维数字建模进行了简要介绍，从IMAGIS城市三维建模过程、采集纹理和粘贴纹理信息两方面，阐述了倾斜摄影测量技术在三维数字模型建模中的应用，并对采集和处理三维建筑顶面纹理信息进行了分析，从而推动城市数字化发展。

倾斜摄影测量技术，三维模型，数字城市，纹理信息

随着数字城市理念的提出，城市规划需要更准确、更真实、更完整的城市三维空间信息数据。因此三维实景模型在数字城市建模中广泛应用。传统的航空摄影测量技术只能获取地物顶部信息特征，无法获得地物轮廓和详细的纹理信息。随着摄影技术的发展，倾斜摄影技术改变了这一现状，倾斜摄影技术通过搭载多台传感器，从不同的角度采集地物信息，能够真实、准确的获取地物详细信息，从而获得真实的三维数字模型。

1 倾斜摄影测量技术与三维数字建模

1)倾斜摄影测量技术。倾斜摄影测量技术是近年来国际测绘领域发展起来的一项新技术，它颠覆了传统正向摄影垂直角度拍摄的局限性。它主要由倾斜摄影获取技术和数据处理技术构成。在同一台飞行器上搭载多台传感器，从5个或者更多个角度采集地面信息图像，从而获得更加真实、准确的影像数据资料。倾斜摄影测量具有以下优势：第一，能够真实的反映测量地物情况。与正射影像相比，倾斜摄影从多个角度拍摄，弥补了正射影像的局限性。第二，倾斜摄影测量技术能够实现单张摄影测量。通过Street Factory，Smart3D等相关软件，能够对摄影影像的高度、长度、面积、角度和坡度等进行测量。第三，采集建筑地物侧面信息。将倾斜摄影技术运用在三维数字城市建模中，利用倾斜摄影技术大规模成图的特点，批量提取建筑纹理信息，降低了城市三维建模的成本，具有其他测量技术无法取代的优势。

2)三维数字建模。三维数字建模是通过仿真技术、空间信息技术，快速建立空间三维模型，是近年来随着计算机信息技术发展起来的一项新的建模技术。将三维建模技术与城市规划测量中的土建信息、二维地籍数据信息，构建三维土地规划、土地利用和地维信息系统，能够实现三维信息的查询、定位、统计、分析和输出、打印功能，从而快速实现数字模型，为城市规划发展提供重要的参考和决策作用。

2 倾斜摄影测量技术在三维数字模型建模中的应用

2.1 IMAGIS城市三维建模过程

1)提取数据。按照地图比例尺1∶2 000的比例，提取城市每一个景观底面高程、高度、底面边界特征、平面信息等信息，然后筛选其中有用的数据信息，将这些可用数据信息采集以后进行保存，通过计算机系统将这些信息转化成为DXF文件。

2)建立景观模型。根据采集到的数据信息，按照城市土建信息、城市规划图等信息进行匹配，将Mapinfo等数据信息导入，并用tab形式将数据信息保存，然后用程序拓扑处理景观数据，将其中能够匹配的数据信息保存，最后用MIF格式保存下来，便于后期IMAGIS软件的分析和应用。然后将景观拉伸。将数据信息导入到IMAGIS软件中，将这些景观进行拉伸，这样就可以提取景观高程、顶部数据信息，将顶部信息拉伸到地面的DEM中，建立一个底面不存在的半封闭式五面体。

3)建立地形模型。三维地形模型通过正射摄影测量获得了底面信息，将底面信息与半封闭五面体叠加在一起就获得了一个地形模型。IMAGIS三维模型中，必须要匹配的影像资料作为底面纹理并将其叠加映射DOM中。

2.2 采集纹理和粘贴纹理信息

2.2.1 纹理采集方式

1)现场摄影。地物是构成城市三维模型的主要信息，也是城市建筑、交通等重要信息。这些地物侧面纹理信息，通过数码相机在现场拍照获得，然后通过数字地形图或者城市规划设计图中获得平面坐标信息，还可以用专业的测量高度仪器获得。

2)航天航空遥感设备。地面纹理数据信息和地物高程信息可以通过航天航空摄影技术获得，比如无人机倾斜摄影测量技术。无人机倾斜摄影测量系统由飞行控制系统、地面监控系统、传输系统、地面设备等构成。在无人机拍摄之前，根据所测需要地物，设定无人机飞行的航线，航高，无人机按照规划的航线拍摄，然后将拍摄的数据信息进行整理，拍摄数据是否符合测量要求，如果不符合再次飞行测量。

2.2.2 粘贴纹理信息

三维数字模型建立以后，这些纹理信息并没有存在模型上，还无法真实的反映出城市三维特征，所以需要将纹理信息粘贴到建筑物的顶面或者墙壁。纹理信息要粘贴到三维模型的各个层面上，一些比较大的三维模型无法用一张照片覆盖，则需要照用分块摄影的方式处理。将其划分为多个照片，然后通过PS软件进行拼接、编辑。

3 采集和处理三维建筑顶面纹理信息

3.1 获取三维建筑物的纹理

1)采集三维建筑物的纹理。在采集前，按照一定的顺序分别对采集区域的建筑物进行标注，然后按照这个标注的顺序进行采集，这个标注信息也可以作为航天拍摄的序号，这样便于后期的查询和照片信息库的建立。纹理采集的时候需要注意以下几个方面：第一，选择在早春和冬季时候采集，这样植物对建筑物的遮挡比较少，能够获得比较真实的数据。第二，选择阴天干燥的天气，因为雨雪、阳光太大、雾天对拍摄影响比较大，可能影响拍摄效果，也不利于信息的采集。第三，在摄影的时候，最好选择某一个固定的时间，确保相同时段采集的地物信息都是一样的。

2)纹理编辑工作。纹理编辑和纹理采集工作是相辅相成，相互联系在一起的。纹理编辑工作步骤为：用图形图像制作软件PS对纹理信息进行编辑，然后将采集的纹理信息进行选择、转换、拼接、扭曲，以及转换文件格式，让其符合三维模型的格式。然后调整纹理色度、亮度和对比度，让纹理信息能够符合人的视觉要求，比如建筑物纹理信息每一个侧面的色调、明暗程度。

3.2 DOM制作

1)纠正数字微分。分析照片的分辨率、内外方位元素以及DEM，然后通过影像重采样和微分纠正方法对照片进行纠正，然后单模型的DOM生成输出。

2)调整模型中影响的色彩和色调。在地物信息没有镶嵌时，要调整三维数字模型各个相邻照片之间的色差和色调，让整个模型的色差和色调保持一致性。通过PS软件就可以调整照片的色调和色差。

3.3 镶嵌

调整相邻照片的色调和色差以后，就要将照片镶嵌在模型中。不同分辨率在同一幅图片中，选择分辨率最高的图片，这样能提高模型的分辨率。镶嵌所有的图片以后，还要认真检查DOM，查看DOM中是否有模糊或者遗漏的地方，并及时对其进行修补和填取。由于城区的地物信息比较复杂，有学校、医院、商业区、城市街道等等，所以采用人工镶嵌的方法，以免造成高层建筑物不一样的投影方式，造成的影像变形或者扭曲的现象。按照裁切的要求，用地理定位文件将三维模型的平面图形用文本的方式输出来。

3.4 建三维模型

通过无人机倾斜摄影测量技术，获取的原始影像资料，由于拍摄角度不同，所以照片的亮度、饱和度、景深也不同，给人视觉感受也不同。因此，还要对所有的影像资料进行统一。然后根据校正的数据信息进行筛选，确定准确的方位信息，然后利用垂直摄影、倾斜摄影数据、空间测量技术将这些影像数据信息进行匹配，生成真实影像高密度点云的DSM数据，并建立初步的三维城市模型。

4 结语

倾斜摄影测量利用GPS定位技术、GIS地理信息技术，能够获得真实、精确的测量信息，提高了地理信息处理的效率。因此广泛应用在城市规划中，提高了城市规划的科学性。未来，将越来越多应用在城市生活的各个领域。

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Study on 3D digital city modeling on the basis of oblique photography measurement technology

Zhao Lin

(TaiyuanUrban-RuralPlanningMeasurementCenter,Taiyuan030002,China)

The paper briefly introduces oblique photography measurement technology and 3D digital modeling, describes the application of oblique photography measurement technology in 3D digital modeling from two aspects of IMAGIS city 3D modeling process, collecting texture and bonding texture information, and analyzes texture information of collecting and processing 3D building roof, so as to promote the digital city development.

oblique photography measurement technology, 3D model, digital city, texture information

1009-6825(2017)21-0197-03

2017-05-13

赵 林(1973- )，男，助理工程师

P231

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