基于傾斜攝影測量技術的三維數字城市建模研究

趙 林

(太原市城鄉規劃測量中心，山西 太原 030002)

基于傾斜攝影測量技術的三維數字城市建模研究

趙 林

(太原市城鄉規劃測量中心，山西 太原 030002)

對傾斜攝影測量技術與三維數字建模進行了簡要介紹，從IMAGIS城市三維建模過程、采集紋理和粘貼紋理信息兩方面，闡述了傾斜攝影測量技術在三維數字模型建模中的應用，并對采集和處理三維建筑頂面紋理信息進行了分析，從而推動城市數字化發展。

傾斜攝影測量技術，三維模型，數字城市，紋理信息

隨著數字城市理念的提出，城市規劃需要更準確、更真實、更完整的城市三維空間信息數據。因此三維實景模型在數字城市建模中廣泛應用。傳統的航空攝影測量技術只能獲取地物頂部信息特征，無法獲得地物輪廓和詳細的紋理信息。隨著攝影技術的發展，傾斜攝影技術改變了這一現狀，傾斜攝影技術通過搭載多臺傳感器，從不同的角度采集地物信息，能夠真實、準確的獲取地物詳細信息，從而獲得真實的三維數字模型。

1 傾斜攝影測量技術與三維數字建模

1)傾斜攝影測量技術。傾斜攝影測量技術是近年來國際測繪領域發展起來的一項新技術，它顛覆了傳統正向攝影垂直角度拍攝的局限性。它主要由傾斜攝影獲取技術和數據處理技術構成。在同一臺飛行器上搭載多臺傳感器，從5個或者更多個角度采集地面信息圖像，從而獲得更加真實、準確的影像數據資料。傾斜攝影測量具有以下優勢：第一，能夠真實的反映測量地物情況。與正射影像相比，傾斜攝影從多個角度拍攝，彌補了正射影像的局限性。第二，傾斜攝影測量技術能夠實現單張攝影測量。通過Street Factory，Smart3D等相關軟件，能夠對攝影影像的高度、長度、面積、角度和坡度等進行測量。第三，采集建筑地物側面信息。將傾斜攝影技術運用在三維數字城市建模中，利用傾斜攝影技術大規模成圖的特點，批量提取建筑紋理信息，降低了城市三維建模的成本，具有其他測量技術無法取代的優勢。

2)三維數字建模。三維數字建模是通過仿真技術、空間信息技術，快速建立空間三維模型，是近年來隨著計算機信息技術發展起來的一項新的建模技術。將三維建模技術與城市規劃測量中的土建信息、二維地籍數據信息，構建三維土地規劃、土地利用和地維信息系統，能夠實現三維信息的查詢、定位、統計、分析和輸出、打印功能，從而快速實現數字模型，為城市規劃發展提供重要的參考和決策作用。

2 傾斜攝影測量技術在三維數字模型建模中的應用

2.1 IMAGIS城市三維建模過程

1)提取數據。按照地圖比例尺1∶2 000的比例，提取城市每一個景觀底面高程、高度、底面邊界特征、平面信息等信息，然后篩選其中有用的數據信息，將這些可用數據信息采集以后進行保存，通過計算機系統將這些信息轉化成為DXF文件。

2)建立景觀模型。根據采集到的數據信息，按照城市土建信息、城市規劃圖等信息進行匹配，將Mapinfo等數據信息導入，并用tab形式將數據信息保存，然后用程序拓撲處理景觀數據，將其中能夠匹配的數據信息保存，最后用MIF格式保存下來，便于后期IMAGIS軟件的分析和應用。然后將景觀拉伸。將數據信息導入到IMAGIS軟件中，將這些景觀進行拉伸，這樣就可以提取景觀高程、頂部數據信息，將頂部信息拉伸到地面的DEM中，建立一個底面不存在的半封閉式五面體。

3)建立地形模型。三維地形模型通過正射攝影測量獲得了底面信息，將底面信息與半封閉五面體疊加在一起就獲得了一個地形模型。IMAGIS三維模型中，必須要匹配的影像資料作為底面紋理并將其疊加映射DOM中。

2.2 采集紋理和粘貼紋理信息

2.2.1 紋理采集方式

1)現場攝影。地物是構成城市三維模型的主要信息，也是城市建筑、交通等重要信息。這些地物側面紋理信息，通過數碼相機在現場拍照獲得，然后通過數字地形圖或者城市規劃設計圖中獲得平面坐標信息，還可以用專業的測量高度儀器獲得。

2)航天航空遙感設備。地面紋理數據信息和地物高程信息可以通過航天航空攝影技術獲得，比如無人機傾斜攝影測量技術。無人機傾斜攝影測量系統由飛行控制系統、地面監控系統、傳輸系統、地面設備等構成。在無人機拍攝之前，根據所測需要地物，設定無人機飛行的航線，航高，無人機按照規劃的航線拍攝，然后將拍攝的數據信息進行整理，拍攝數據是否符合測量要求，如果不符合再次飛行測量。

2.2.2 粘貼紋理信息

三維數字模型建立以后，這些紋理信息并沒有存在模型上，還無法真實的反映出城市三維特征，所以需要將紋理信息粘貼到建筑物的頂面或者墻壁。紋理信息要粘貼到三維模型的各個層面上，一些比較大的三維模型無法用一張照片覆蓋，則需要照用分塊攝影的方式處理。將其劃分為多個照片，然后通過PS軟件進行拼接、編輯。

3 采集和處理三維建筑頂面紋理信息

3.1 獲取三維建筑物的紋理

1)采集三維建筑物的紋理。在采集前，按照一定的順序分別對采集區域的建筑物進行標注，然后按照這個標注的順序進行采集，這個標注信息也可以作為航天拍攝的序號，這樣便于后期的查詢和照片信息庫的建立。紋理采集的時候需要注意以下幾個方面：第一，選擇在早春和冬季時候采集，這樣植物對建筑物的遮擋比較少，能夠獲得比較真實的數據。第二，選擇陰天干燥的天氣，因為雨雪、陽光太大、霧天對拍攝影響比較大，可能影響拍攝效果，也不利于信息的采集。第三，在攝影的時候，最好選擇某一個固定的時間，確保相同時段采集的地物信息都是一樣的。

2)紋理編輯工作。紋理編輯和紋理采集工作是相輔相成，相互聯系在一起的。紋理編輯工作步驟為：用圖形圖像制作軟件PS對紋理信息進行編輯，然后將采集的紋理信息進行選擇、轉換、拼接、扭曲，以及轉換文件格式，讓其符合三維模型的格式。然后調整紋理色度、亮度和對比度，讓紋理信息能夠符合人的視覺要求，比如建筑物紋理信息每一個側面的色調、明暗程度。

3.2 DOM制作

1)糾正數字微分。分析照片的分辨率、內外方位元素以及DEM，然后通過影像重采樣和微分糾正方法對照片進行糾正，然后單模型的DOM生成輸出。

2)調整模型中影響的色彩和色調。在地物信息沒有鑲嵌時，要調整三維數字模型各個相鄰照片之間的色差和色調，讓整個模型的色差和色調保持一致性。通過PS軟件就可以調整照片的色調和色差。

3.3 鑲嵌

調整相鄰照片的色調和色差以后，就要將照片鑲嵌在模型中。不同分辨率在同一幅圖片中，選擇分辨率最高的圖片，這樣能提高模型的分辨率。鑲嵌所有的圖片以后，還要認真檢查DOM，查看DOM中是否有模糊或者遺漏的地方，并及時對其進行修補和填取。由于城區的地物信息比較復雜，有學校、醫院、商業區、城市街道等等，所以采用人工鑲嵌的方法，以免造成高層建筑物不一樣的投影方式，造成的影像變形或者扭曲的現象。按照裁切的要求，用地理定位文件將三維模型的平面圖形用文本的方式輸出來。

3.4 建三維模型

通過無人機傾斜攝影測量技術，獲取的原始影像資料，由于拍攝角度不同，所以照片的亮度、飽和度、景深也不同，給人視覺感受也不同。因此，還要對所有的影像資料進行統一。然后根據校正的數據信息進行篩選，確定準確的方位信息，然后利用垂直攝影、傾斜攝影數據、空間測量技術將這些影像數據信息進行匹配，生成真實影像高密度點云的DSM數據，并建立初步的三維城市模型。

4 結語

傾斜攝影測量利用GPS定位技術、GIS地理信息技術，能夠獲得真實、精確的測量信息，提高了地理信息處理的效率。因此廣泛應用在城市規劃中，提高了城市規劃的科學性。未來，將越來越多應用在城市生活的各個領域。

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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

趙 林(1973- )，男，助理工程師

P231

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