基于倾斜摄影采集立面图方法的研究

魏军 曹琴

摘要：城市规划离不开立面图，利用倾斜摄影成果，对立面图的采集提出了两种方法：一是基于三维模型;二是基于三维点云。对两种成果的精度进行了统计，可以达到1：500地形图要求，对立面图数据的生产具有较强的指导意义。

关键词：倾斜摄影;三维模型;彩色点云;立面图

中图分类号：P231 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）01-0046-01

0 引言

近年来，随着城市的迅速发展，随着人们对生活品质需求的日益提高，随着美丽乡村等项目的开展，立面图的制作需求越来越多。立面图的生产，传统的方式是利用全站仪进行全野外采集，然后将采集的成果导入南方CASS等软件，结合高清数码相机采集的照片，进行连点，而且在实际作业中，由于遮挡等问题，需要架设很多站次，生产成本高、作业效率低，已经不能满足现在的需求[1]。而作为近几年迅速发展起来的倾斜摄影，由于其可以同时搭载多个相机，对地面物体进行多角度拍摄，可以通过少量控制点将外业工作转到内业进行[2]，大大的提高了立面图生产的效率，节约了生产成本，而且实景三维模型，更贴近真实环境，可谓“所见即所得”，可以作为历史数据进行保留，结合三维模型进行城市规划设计，效果更好，逐渐成为了目前生产立面图的主要方法之一[3]。

1 倾斜摄影数据生产流程

倾斜摄影主要分为外业和内业，外业主要是获取原始数据，包括航线的规划、像控点的布设和测量、影像的采集;内业主要包括空三加密、内定向、相对定向、绝对定向区域网平差、三维实景三维模型生产和三维点云生产等。

2 基于倾斜摄影成果的立面图采集

倾斜摄影成果较多，包括三维实景模型、三维点云和正射影像等，本文中为了对比两种数据源制作立面图的精度，生产了同一区域的三维实景模型和三维点云，并分别对其进行立面图的采集与制作，在模型严重变形或三维点云严重缺失的地方，通过利用全站仪进行外业补充测量，然后导入CASS软件完成数据的整合。

城区里道路两侧高楼多，在进行立面采集的时候，会存在建筑物互相遮挡的问题，针对这种问题，有两种解决办法。第一种在生产模型的时候，导入范围线，一般范围线从道路中间平分道路，这样就可以按照道路两侧分别生产模型;另一种方法，在EPS软件里，根据实际需求，对加载到软件中的模型进行切割，这样便于更好地采集立面图。本文中采用第二种方式，进行分割实景模型和三维点云。

2.1 基于实景三维模型成果采集立面图

在空三加密精度满足1：500地形图精度要求的基础上，利用建模软件生产的OSGB格式的三维模型，导入EPS软件中，自动生成EPS软件特有的DSM格式数据，通过裁切模型，设置模型的视角并固定视角，然后利用简单地画线、画面工具，对建筑侧面的结构进行勾绘，然后将勾绘的成果导出为DWG格式即可。在勾绘时，需要结合模型纹理以及建筑物结构的特点，进行准确勾绘。对于模型变形严重区域，不能准确采集的，需要进行标注并利用全站仪进行外业补充采集;对于部分变形的，可准确采集对角点位的，可以利用結构的垂直对称特性，通过对角点位进行“横平竖直”的方式进行。这样采集的基准是地面，“竖直”是指垂直于地面，如果地面凹凸不平，这样采集的成果很容易超限，一般根据模型的质量自行选择。最后在CASS软件里，整理内业和外业补测的成果，最后形成合格的、完整的立面图成果。

2.2 基于三维点云成果采集立面图

在空三加密精度满足1：500地形图精度要求的基础上，利用建模软件生产采样间隔为5cm的LAS格式的点云，导入EPS软件中，自动生成EPS软件特有的PCD格式数据，然后对点云数据进行裁切，设置点云的视角并固定视角，然后利用简单地画线、画面工具，对建筑侧面的结构进行勾绘，生产立面图。在利用三维点云进行立面图勾绘时，首先要通过点云的分布特点，确定建筑物的结构，然后对建筑物侧面结构进行准确勾绘。相对于三维模型来说，点云并不是很直观，所以在采集立面图的时候，很容易采集错误。对于点云严重缺失区域，内业无法对其立面结构进行准确勾绘的部分，需要通过外业利用全站仪进行补充采集。最后在CASS软件里，整理内业和外业补测的成果，最后形成合格的、完整的立面图成果。

3 精度统计与分析

对于城市设计规划来说，精度是不可或缺的一项重要指标。为了检测立面图成果的精度，在实际作业中，利用全站仪随机采集了66个边的长度（以下简称为“边长”）。与两种方式采集的立面图成果进行了精度统计。通过精度统计分析，可以看出，在66组较差中，有63组较差可以满足1：500地形图精度需求（测绘规范中1：500精度要求为中误差不超过20cm）;有3组较差较大，其原因是位于建筑物靠近地面的部分，由于树木遮挡、阳台遮挡等原因，从空中无法获取其影像信息，导致模型变形严重、点云严重缺失，采集不准确，需要利用全站仪进行野外补充采集。在符合精度要求的63组数据中，利用模型采集的成果中误差为10.3cm，利用三维点云采集的成果中误差为12.4cm。利用模型生产的立面图其精度较点云生产的较高，分析其原因，主要有以下几方面：（1）点云数据量大，在生产的时候，采样间隔为5cm，采样距离较大，影响了其精度;采样间隔太小，数据量会很庞大，导致软件操作卡顿，影响作业效率;（2）点云较模型来说，直观度并不高，在采集的过程中，并不能很好的对角点进行判断，导致容易采集到非角点坐标上。

对于利用点云数据采集，根据项目需求合理进行点云采样间隔设置，满足对应项目要求的精度即可。

4 结语

通过上述统计分析可以看出，利用倾斜摄影加上全站仪补充采集立面图的方式，可以生产满足1：500精度需求的立面图产品。较传统的利用全站仪全野外采集立面图而言，这种组合方式制作立面图，其生产成本低，作业效率高，还可以保留实景三维模型，让设计规划人员可以更好地设计，可以大面积的生产立面图，所以对于立面图制作来说，具有很强的指导意义。

参考文献

[1] 彭劲松，叶波，李娟，等.三维激光技术在建筑物外立面测量中的应用[J].测绘通报，2018（7）：156-159.

[2] 曾攀立，刘传逢，李翅，等.三维激光扫描和全站仪结合的建筑物立面测量方法研究与工程实践[J].城市勘测，2018（6）：139-142.

[3] 田文波，杨兴宝，谷明，等.三维激光扫描仪在建筑立面测量及快速建模中的应用[J].北京测绘，2016，130（5）：113-116.