基于倾斜摄影测量技术的实景三维建模及精度评估

李春龙

【摘  要】传统三维建模技术存在非常多的问题，如建模效率低、人工操作难度大、成本花费高、地物地貌还原度低等，而随着科学技术的不断创新，开始出现了一种新型三维建模技术，即以倾斜摄影测量技术为基础的实景三维建模技术。在本文的研究中，在分析这种技术的基本原理、应用流程的基础上，以马厂水库为实例，探究了实景三维建模技术在工程中的应用效果。

【关键词】倾斜摄影测量技术;实景三维建模;精度评估

引言

传统三维建模技术没有办法提取侧面纹理信息，因此难以有效地还原地物地貌，而且还必须要通过人工的方式来进行地面拍摄，大大增加了建模工作量，同时树木、道路等如果采取虚拟形势，会导致消耗大量成本，因此传统三维建模技术已经难以当前社会发展。这就要求，必须要采取一种高效且精准的实景三维建模技术。基于此，本文提出了基于倾斜摄影测量技术的实景三维建模方法，通过实景三维建模技术能够有效搜集到丰富的侧面纹理信息，并形成三维点云，最终还原更为具体的真实三维场景。

1.基本原理

1.1倾斜摄影的基本原理内容

倾斜摄影机测量技术是当前勘探测绘中最为常用一项测量技术，此项技术的应用实现了航空摄影、正射测量与倾斜测量的有机结合。此项技术的应用需要以飞行器作为媒介，运用飞行器搭载的拍摄仪器从多个较多方向进行拍摄测量。三维建模工具在此项技术的发展下实现了迅速进步。目前国内外出现了大量倾斜测量拍摄平台，较为常见的摄影平台主要有微软公司的UCO、四维远见与中测新图的TOPDC-5等。在实际测量中，飞行器中会安装5个镜头进行拍摄，拍摄仪器会从垂直角度出发，分别向下方、前方、后方、左方和右方进行拍摄，以此完成多较多航空拍摄工作。在拍摄过程中，根据拍摄目标情况可以从多个位置对目标进行多较多摄影，其中包含倾斜摄影和正向摄影等。倾斜拍摄过程中需要同时对飞行高度、拍摄曝光时间、拍摄地点經纬度、拍摄大地高度、飞行器飞行姿态等关键数据进行有效记录，以此完成倾斜影像的有效分析工作。获取到的倾斜影像数据主要应用于三维建模工作汇总，根据影像数据信息可以准确的生成三维点云数据，以此完成三维建模的基础性准备工作。通过飞行器正射与倾斜影像数据的信息收集工作，可以基本完成三维建模的前期准备工作。

1.2实景三维建模应用流程

倾斜摄影在实景建模中可以从多个位置和角度开展数据收集工作，可以收集到目标的顶面组织结构信息和侧面纹理结构信息。倾斜摄影技术在使用中可以通过低空飞行获取到高分辨率图像信息和大广角地域信息数据。在倾斜摄影相同目标信息的影响会存在多重分辨率。此外，需要注意倾斜摄影技术的应用可以能会收地物遮挡影响图像资料质量。

根据倾斜摄影测量技术的基本信息可以完成实景三维建模影像的前期处理工作，根据互联网联合平差和孔中三角测量和点云结构可以实现实景三维建模。实景三维建模应用流程结构如图1所示。

2.实景三维建模技术在实际工程中的具体应用

2.1工程概况

全椒县马厂水库位于长江流域滁河支流马厂河上游，距马厂镇北3km处，水库坝址位于大塘李，控制流域面积81.0km2，水库总库容为3844万m3，是一座以灌溉为主兼具防洪、水产养殖作用的中型水库。依据《水库大坝安全鉴定办法》，马厂水库大坝属三类坝。鉴于该水库存在较为严重的工程质量问题，防洪安全不能保证，不能按设计标准正常运行，应属三类坝。同时专家组建议“鉴于大坝工程存在诸多不安全因素，建议应尽快进行除险加固”。本次除险加固设计根据《防洪标准》（GB50201-94）及《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2000），确定水库工程等别为Ⅲ等，主要建筑物为3级建筑物，大坝设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为1000年一遇。水库兴利水位57.10m，相应兴利库容为2560万m3;设计洪水位为58.50m，相应库容为3360万m3;校核洪水位为59.22m，相应库容为3844万m。

2.2数据搜集与建模

对目标测试区域进行低空倾斜摄影，倾斜摄影设定要求如下：

在本次项目中，通过Smart3Dcapture软件完成建模，首先，对搜集到的数据进行预处理;其次，创建数据处理程序;再次，导入影像数据，并对导入影像进行全方位的质量检查;随后，进行控制点量测;接着，进行多视角摄影空三解算;然后，进行区分密集匹配;最后，进行切块管理输出。

2.3精度评估

本次采用的精度评估方式是利用GPS RTK对特征点进行测量，同时记录好WGS84坐标、椭球高和拍摄点相对的具体位置，然后在实景三维模型中找到与之相对的坐标点，对比两者之间的偏差度，即为最终的实体三维模型的精度。经测量，纬度偏差值范围是在[-0.49m，+0.45m]，精度偏差值范围是[-0.39m，+0.34m]，高程偏差值范围是在[-0.65m，+0.61m]，满足相关国家的偏差值规定，因此证明实景三维建模技术在工程中应用可有效满足快速成图的需求。

3.结语

综上所述，本次在倾斜摄影测量技术的基础上对实景三维模型的建模流程过程和实际精度进行了全面分析研究。倾斜摄影作为一种常用的测量技术方式可以有效获取到地物的真实影像数据信息，所获取的影响数据可以作为实景三维建模的基础，通过实景三维建模的应用可以使用户真实的看到地物情况。本次研究中对马厂水库进行实景三维建模研究分析，取得了良好的效果，对了解地物实景意义重大。

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