基于倾斜摄影测量技术的城市三维建模方法应用研究

邓锦锋

摘要：如何快速构建真实而准确的城市实景三维模型是测绘领域研究热点之一，倾斜摄影测量技术的出现给城市三维模型的建设带来了新的契机。对此，文章围绕倾斜摄影实景三维建模关键技术进行研究，希望可以提供技术参考。

关键词：倾斜摄影测量;三维建模;关键技术

相对于传统三维建模效率低、工作量大、费用高、不能很好地反映真实地物地貌等问题而言，采用倾斜摄影测量技术可以更加全面地感知复杂场景，具有范围广、清晰度高、精准度高、角度多等优点，能够提升物体正射影像拍摄工作效率，同时可得到物体的立面纹理信息，再利用高性能协同数据处理系统，便能够以较快效率构建城市实景三维模型。

1倾斜摄影实景模型构建技术

倾斜摄影技术是一项新兴技术，在测绘地理信息领域有着良好的应用效果。在运用该技术时，需将多台传感器装设在同一飞行平台上，从多个视角完成影像信息的采集，包括垂直视角、倾斜视角等，可以得到较为全面的地物影像信息，包括侧脸信息以及顶部信息等。再借助电脑软件，可在尽量减少人员参与的前提下，完成模型的自动化构建，并生成城市实景三维数据。采用倾斜摄影实景模型构建技术时，主要有倾斜航空摄影、控制测量、空中三角测量、三维建模等作业环节。先完成飞行平台构建、相机选型以及航线设计，在此基础上进行倾斜航空航摄，结合CORS数据进行与处理和POS解算，然后通过空中三角测量完成控制点测量，再进行实景三维模型构建和修饰修补，最后开展质量检查，并提交最终作业成果。

1.1航摄平台选型与航线设计

航摄飞行平台类型多种多样，当前较为常用的主要有直升机、动力三角翼、运5、运12、固定翼无人机、旋翼无人机等，可根据空域高度的不同进行选择。对于倾斜摄影实景模型的构建来讲，作业规模较大，对飞行器的工作效率要求较高，选择航摄平台时，应满足高空作业需求。

对于实景三维模型来讲，其精度和建模效果与影像重叠度及影像分辨率有着直接关系。在作业过程中进行航线敷设时，要求航向影像与旁向影像重叠度最小均为70%。当建筑物数量较多、密度较大时，还需结合对其顶层实际重叠度进行分析，以便在航线敷设时做出调整。

1.2像控点布设

在构建三维模型时，做好像控点布设工作，提高其分布密度，能够使模型数据精准度得到显著提升。同时，应对时间周期、经济因素、成果质量展开分析，以确保模型精度为前提，确定最佳方案，完成像控点的布设。如果城市规模较大，在进行倾斜摄影测量时，需根据区域面积布设像控点，保证其分布的均匀性，通常情况下，地势较为平坦的区域，每平方公里所布设的像控点数量不得少于1个，各个区域边缘的连接处，可增加像控点布设数量。

1.3倾斜空三测量

在倾斜摄影测量作业中，一般会通过POS辅助空三解算实现空中三角测量。空三计算分为2个环节。

1）提取连接点。

2）对光束法区域网进行平差操作，目前较为常见的连接点自动量测算法倾斜影像处理中存在一定的局限性，需作出改进和优化，具体来讲，可通过POS系统获取初始值，即多视影像外方位元素，再利用SIFT算法和ASIFT算法，匹配多视影像特征，实现倾斜影像连接点的提取。

在空三测量计算中，光束法区域网平差方法尤为重要，具有精度高、嚴密性强的优点，在多视影像空三测量中也有着良好的应用效果。根据影像连接点坐标值，与地面控制点相结合，采用平差方法进行运算，可确定连接点地面坐标位置，并得到测区影像的外方位元素。一般来讲，进行空三计算时，可借助倾斜建模软件完成，只需运算一次便可获取相应的结果。但是也存在数据与实际要求不相符的问题，影响空三计算结果，针对这种现象，为提高数据精度，可将不符合要求的数据从中剔除，再次进行计算或者多次计算。

1.4三维建模

完成倾斜空三测量后，便需要构建实景三维模型。倾斜三维建模系统会按照影像数据，对最佳算法进行匹配，一一对应同名点。然后通过特征点的抽取，形成密集点云，再结合空三测量运算结果，确定影像关系，完成三角TIN的建立。再根据三角TIN形成白模，计算影像纹理，通过映射与白模相对应，实现三维建模操作。

1.5模型优化

在空三阶段，受多种因素的影响，如航摄盲区、影像重叠度、地物反光、影像分辨率、航摄时间不同等，容易发生匹配错误现象，或者出现点位不足的情况，对三维建模效果造成影响，造成纹理变形、模型悬浮、纹理阴影、无三角网的空洞区域等问题，此时需要进行修饰修补。如果出现建筑物玻璃幕墙漏洞、水面空洞等问题时，可通过人

工方式在软件中导入需优化处理的模型数据，利用软件系统对其进行编辑，构建全新的模型，进而实现较为理想的建模效果。

2基于倾斜摄影测量的实景三维模型生产实例

2.1测区概况

受委托，我公司参与了某城市三维数字地图系统建设项目，本项目需要对该城市358km2的中心城区构建多层次、多细节的精细三维模型，在城市管理审批、城市规划设计、数字城市旅游以及城市宣传和展示等多个方面进行应用。

2.2外业获取数据

利用无人机对测区开展低空倾斜摄影测量得到地面倾斜影像数据，飞行高度350m，成图比例尺1：2000，参照三维建模规范要求，原始倾斜影像的地面分辨率为6cm，70%正射航向重叠，70%旁向重叠。为检查三维模型的精度，在测区范围内均匀分布100个检查点位，并利用RTK进行测量，保证平面和高程的中误差控制在0.10m之内。

2.3实景三维建模

因摄取位置距地面比较远，需要对外业航空摄影测量的原始影像数据进行畸变纠正、匀光、匀色等步骤处理才能应用。本项目采用了Skyline PhotoMesh7.0软件进行三维建模，Skyline PhotoMesh7.0是一款较成熟的倾斜摄影测量自动处理建模软件，该软件融合航空摄影测量、高性能计算机视觉、计算机图形学等先进技术，可实现自动、快速地将一组无序标准的二维影像构建成带有纹理的精细三维网格模型。PhotoMesh7.0可以融合不同来源、不同格式、不同分辨率的相片，自动完成DSM点云生成、TIN构建、纹理映射等流程，从而批量生成真实的城市实景三维模型。

2.4实景三维模型精度评估

利用JXCORS实地测量100多个特征检查点来检测实景三维模型的精度，记录每个检查点对应的实地位置并采集平面坐标和高程。将测量的每个检查点坐标与从实景三维模型对应位置中提取的坐标对比进行精度评定，100多个检查点中平面最大误差0.283m，中误差0.198m;高程最大误差0.355m，中误差0.297m，其精度满足《三维地理信息模型数据产品规范》（CH/T9015-2012）的要求。

3结束语

传统的三维建模技术存在低效率、高成本、纹理数据不足、数据处理复杂等问题，倾斜摄影测绘技术从不同视角获取地物的影像信息能够弥补传统三维建模技术的缺陷，具有高效率、低成本等优点，为城市大规模实景三维模型数据生产提供可行的技术解决方案

参考文献

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[2]谭金石，黄正忠.基于倾斜摄影测量技术的实景三维建模及精度评估[J].现代测绘，2015（5）：21-24.

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