论文部分内容阅读
摘 要：传统的三维建模方法工作量大、效率低、费用高、不能真实地反映地物地貌。本文提出了基于倾斜摄影测量技术的实景三维建模方法，通过介绍倾斜摄影成像的基本原理，同时结合某城市实景三维建模生产实例，探讨了该方法在满足相关规范的要求下能够完全反映真实地物地貌，并可全自动化生产，大大提高了生产效率，值得进一步推广应用。
关键词：倾斜摄影测量；实景三维；建模
近年来，城市实景三维模型作为“数字城市”建设的基础数据得到了日益广泛的应用，然而，在构建城市实景三维模型解决方案中，传统的航空摄影测量技术只能获取地物顶部的信息特征，对于地物侧面的详细轮廓及纹理信息获取却十分有限，倾斜摄影测量技术的出现改变了这一现状。倾斜摄影测量技术通过搭载多台传感器从不同角度对建筑物进行数据采集，快速、高效的获取建筑物顶部及侧面高分辨率纹理信息，不仅能真实客观的反应地物状况，而且还可以通过先进的定位、融合、建模等技术，生成真实的城市三维模型。
1 倾斜摄影测量技术原理
倾斜摄影平台的发展使三维建模技术得以进步，它颠覆了传统航空摄影技术，融合了正射和倾斜影像，通过在飞行平台上搭载多台航摄仪（或传感器）同时从垂直、倾斜等多个不同角度的拍摄将用户引入真实世界。以5拼相机为例，在飞行平台上安装5个镜头，朝向分别为垂直向下、向前、向后、向左和向右，便可在飞行的过程中以1步频率同时获取多个角度的倾斜影像（见图1）。所摄影像再利用高效专业的数据采集和处理设备，通过区域网联合平差、影像匹配、DSM点云生成、TIN构建、纹理映射等步骤，最终生成实景三维模型。
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，本项目需要构建中心城区450km2的多细节多层次的精细三维模型，在城市规划设计与管理审批、展示和宣传城市、数字旅游等多方面开展应用。
2.2外业数据获取
首先，需要对测区进行低空倾斜摄影，获取倾斜影像数据。根据三维建模对原始倾斜影像数据的要求，影像地面分辨率为6cm，成图比例尺为1：2000，飞行高度为200m，正射航向重叠为70%，旁向重叠为60%。为了保证数据处理的精度，利用GPS测量像控点10个，平面和高程中误差控制在0.10m内。为了检测模型精度，在测区测量了100个检查点，点位分布均匀。
2.3实景三维建模
航空摄影的原始影像数据因获取位置距离地面较远需要进行匀光、匀色、畸变纠正等步骤才能真实客观地反映地物情况。本项目采用了Skyline PhotoMesh7.0软件进行三维建模，PhotoMesh7.0是一款倾斜摄影自动批量建模软件，可以实现快速地、自动地从一组标准的、无序的二维相片批量构建精细的、带有纹理的三维网格模型。PhotoMesh7.0产品基于高性能计算机图形学、计算机视觉、航空摄影测量等先进技术，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生成实景三维模型（见图2）。
2.4 实景三维模型精度评估
检测实景三维模型的精度要利用CORS网络RTK在测区外业实地测量100多个特征点，并记录WGS84坐标、椭球高及需要拍摄的每个点对应的实地位置。将从实景三维模型中提取每个检查点对应位置的模型坐标与检查点的测量坐标作对比进行精度评估，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CH/T 9015-2012《三维地理信息模型数据产品规范》的要求。
3 结束语
本文结合某城市实景三维建模生产实例，提出了一整套基于倾斜摄影测量技术的城市实景三维建模方法，实践证明，该自动化的生产方式降低了建模的成本，并且生产效率显著提高。应用中我们发现，在树木茂密或者高大建筑物集中区域，倾斜摄影从高空中获取的地面信息受到遮挡，从而影响建模的效果，这时可以通过地面补拍或者街景技术等手段获取信息建模，相信随着技术的进步，这一不足之处一定会有更好的方法来解决。
参考文献：
[1]CH/T9015-2012.三维地理信息模型数据产品规范[S].北京：测绘出版社，2012.
[2]杨国东，王民水.倾斜摄影测量技术应用及展望[J].測绘与空间地理信息，2016，39（1）：13-15.
[3]孙宏伟.基于倾斜摄影测量技术的三维数字城市建模[J].现代测绘，2014，37（1）：18-21.
关键词：倾斜摄影测量；实景三维；建模
近年来，城市实景三维模型作为“数字城市”建设的基础数据得到了日益广泛的应用，然而，在构建城市实景三维模型解决方案中，传统的航空摄影测量技术只能获取地物顶部的信息特征，对于地物侧面的详细轮廓及纹理信息获取却十分有限，倾斜摄影测量技术的出现改变了这一现状。倾斜摄影测量技术通过搭载多台传感器从不同角度对建筑物进行数据采集，快速、高效的获取建筑物顶部及侧面高分辨率纹理信息，不仅能真实客观的反应地物状况，而且还可以通过先进的定位、融合、建模等技术，生成真实的城市三维模型。
1 倾斜摄影测量技术原理
倾斜摄影平台的发展使三维建模技术得以进步，它颠覆了传统航空摄影技术，融合了正射和倾斜影像，通过在飞行平台上搭载多台航摄仪（或传感器）同时从垂直、倾斜等多个不同角度的拍摄将用户引入真实世界。以5拼相机为例，在飞行平台上安装5个镜头，朝向分别为垂直向下、向前、向后、向左和向右，便可在飞行的过程中以1步频率同时获取多个角度的倾斜影像（见图1）。所摄影像再利用高效专业的数据采集和处理设备，通过区域网联合平差、影像匹配、DSM点云生成、TIN构建、纹理映射等步骤，最终生成实景三维模型。
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，本项目需要构建中心城区450km2的多细节多层次的精细三维模型，在城市规划设计与管理审批、展示和宣传城市、数字旅游等多方面开展应用。
2.2外业数据获取
首先，需要对测区进行低空倾斜摄影，获取倾斜影像数据。根据三维建模对原始倾斜影像数据的要求，影像地面分辨率为6cm，成图比例尺为1：2000，飞行高度为200m，正射航向重叠为70%，旁向重叠为60%。为了保证数据处理的精度，利用GPS测量像控点10个，平面和高程中误差控制在0.10m内。为了检测模型精度，在测区测量了100个检查点，点位分布均匀。
2.3实景三维建模
航空摄影的原始影像数据因获取位置距离地面较远需要进行匀光、匀色、畸变纠正等步骤才能真实客观地反映地物情况。本项目采用了Skyline PhotoMesh7.0软件进行三维建模，PhotoMesh7.0是一款倾斜摄影自动批量建模软件，可以实现快速地、自动地从一组标准的、无序的二维相片批量构建精细的、带有纹理的三维网格模型。PhotoMesh7.0产品基于高性能计算机图形学、计算机视觉、航空摄影测量等先进技术，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生成实景三维模型（见图2）。
2.4 实景三维模型精度评估
检测实景三维模型的精度要利用CORS网络RTK在测区外业实地测量100多个特征点，并记录WGS84坐标、椭球高及需要拍摄的每个点对应的实地位置。将从实景三维模型中提取每个检查点对应位置的模型坐标与检查点的测量坐标作对比进行精度评估，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CH/T 9015-2012《三维地理信息模型数据产品规范》的要求。
3 结束语
本文结合某城市实景三维建模生产实例，提出了一整套基于倾斜摄影测量技术的城市实景三维建模方法，实践证明，该自动化的生产方式降低了建模的成本，并且生产效率显著提高。应用中我们发现，在树木茂密或者高大建筑物集中区域，倾斜摄影从高空中获取的地面信息受到遮挡，从而影响建模的效果，这时可以通过地面补拍或者街景技术等手段获取信息建模，相信随着技术的进步，这一不足之处一定会有更好的方法来解决。
参考文献：
[1]CH/T9015-2012.三维地理信息模型数据产品规范[S].北京：测绘出版社，2012.
[2]杨国东，王民水.倾斜摄影测量技术应用及展望[J].測绘与空间地理信息，2016，39（1）：13-15.
[3]孙宏伟.基于倾斜摄影测量技术的三维数字城市建模[J].现代测绘，2014，37（1）：18-21.