基于傾斜攝影測量真三維1∶1 000地形圖制作流程及評估

趙節霞

(中煤航測遙感集團有限公司，陜西西安 710199)

0 引言

航空攝影測量指的是用飛機通過航攝儀器對地面連續攝取像片，結合地面控制點測量、調繪和立體測繪等步驟，繪制出地形圖的作業。其應用始于19世紀60年代，隨著科技的不斷發展，航空攝影測量經歷了模擬攝影測量階段、解析攝影測量階段和數字攝影測量階段，革新了空間數據獲取的技術方法，顯示出了航空攝影測量的巨大的生命力和影響力。

傾斜攝影測量技術是當前國際測繪領域一項新興熱門的技術，它顛覆了傳統航空攝影技術融合了正射和傾斜影像，通過在飛行平臺上搭載多臺航攝儀或傳感器同時從垂直傾斜等多個不同角度的拍攝將用戶引入真實世界。傾斜攝影平臺的發展使三維建模技術得以進步。相機從多個位置多個角度拍攝的正射和傾斜影像一方面用于攝影測量數據處理，另一方面用于實景三維建模紋理數據。攝影測量數據處理利用攝影測量技術生成精準的三維點云數據為三維建模奠定基礎，正射和傾斜影像紋理信息豐富且覆蓋建模區的各角度可以滿足實景三維建模需求。

傳統的垂直航空攝影測量需要采集所有的地形地貌。在采集居民地部分，采集順序從最高層開始，保證上層完整，再逐漸向下層采集，采集時測標中心應切準房屋的外圍輪廓。外業調繪房屋以墻基外角連線為準，圖上大于0．2 mm的房檐進行房檐改正。無論城市或者農村每幢樓都有房檐而且房檐基本都有差異，外業房檐的調繪工作量在整個調繪的任務中占40%的比重，地形圖編輯按照外業調繪進行改檐，改檐在地形圖編輯中也同樣任務繁重。外業在調繪房檐時采用的是眼睛目估的方式，目估的誤差因人而異，因此一般沒有經驗的工作人員會將院落圍墻和房基編輯成不在一條直線上。

如何利用傾斜攝影實景三維模型進行1∶1 000比例尺地形圖制作，如何快速準確改正房檐，降低傳統垂直航空攝影測量中外業調繪的工作量，是本篇文章論述的主題。

1 1∶1 000地形圖航空攝影測量技術流程

1．1 傳統的垂直航空攝影測量地形圖制作流程

傳統的垂直航空攝影測量1∶1 000比例尺地形圖制作流程如圖1所示。

圖1 傳統的垂直航空攝影測量技術流程

1．2 傾斜攝影測量1∶1 000地形圖制作流程

傾斜攝影測量1∶1 000比例尺地形圖制作流程如圖2所示。

1．3 傾斜攝影測量真三維模型特點

聯合空中三角測量，自動生成三維模型:利用傾斜攝影測量實景三維建模技術可將正射影像傾斜影像相結合進行平差計算自動化構建三維模型和紋理映射，最終生成逼真的三維場景。

圖2 傾斜攝影測量技術流程

建筑物側面紋理可采集:針對數字城市對三維的應用需求，航空攝影方式可以大規模采集數據，從傾斜影像智能提取及紋理映射能夠大大提高三維建模效率，降低成本。同一地點的側面影像可多次采集以從中選擇最佳紋理。

數據量小適于網絡發布:應用傾斜攝影技術生成的實景三維模型可快速進行網絡發布，發布端包括PC端和手機移動端，實現了共享應用。

能夠反映地物周邊真實情況:真實性是傾斜攝影測量真三維模型的最大特點，實景三維模型讓用戶從多個角度觀察地物，可以逼真地觀察地物地貌，仿佛身臨其境。

可實現三維模型量測:生成的實景三維模型可直接進行包括點坐標、高度、距離、面積、角度、坡度等的量測，在此基礎上可以使用三維模型測量1∶1 000比例尺地形圖。

2 傾斜攝影三維模型測量制作地形圖特點

2．1 數據采編

使用EPS三維測圖系統進行地形圖數據采編，流程如圖3所示。

2．2 數據采編特點

圖3 EPS三維測圖系統數據采編

三維實景模型和傳統航空攝影測量采編相比，存在以下特點:①傳統航空攝影測量采編在立體模型下采集的地形圖數據只對地形數據進行定位，需要外業調繪進行地形圖定性，再進行地形數據編輯，工作量大;②基于三維實景模型的真實性特點，作業人員在EPS三維測圖系統下可以從多個角度真實地觀察地物地貌，因此三維實景模型采編可以直接省去外業調繪的環節，直接進行地形圖數據采編;③對于房屋采集，由于原來的航空攝影測量看不到房屋側面，房屋一般二維測房頂，三維取高程。而基于三維實景模型采集可以采用5點法旋轉房屋不同側面，沿房屋房檐下房基進行立面采集。對于房屋層次及性質直接目視進行房屋數據編輯。可以直接消除對于外業工作工作量占40%的房檐改正，其他的地形地貌也可以在EPS三維測圖系統下直接目視調繪，直接完成數據采集、調繪及數據編輯工作。對于地理信息名稱的采集，可以收集相關的地名信息資料進行數據編輯。對于三維實景模型模糊、拉花的地方進行數據標志;④地形圖采編完成后，外業對地理信息名稱進行巡視檢查，對三維實景模型模糊、拉花的地方進行野外實測;⑤針對野外巡視圖紙及實測數據對地形圖數據進行檢查修改。

3 傾斜攝影真三維模型測量地形圖評估

以2018年1月中煤航測遙感集團有限公司承接的“西安市公安局航天分局航天基地警務大數據服務項目—1∶1 000數字化地形圖航空攝影測量項目”為例。本項目測區范圍為曲江千林郡以南，北長安街以東，G65包茂高速以西，西楊萬村以北，總共為25 km2。

本項目使用PAN-A5傾斜航攝儀航飛，使用Smart 3D軟件進行空中三角測量和三維實景建模。具體來說，它通過對獲得的傾斜影像數據進行同名點選取、多視匹配、三角網(TIN)構建、自動賦予紋理等步驟，最終得到三維實景模型。

3．1 工作量評估

項目使用常規垂直航空攝影測量和傾斜攝影真三維模型測量兩種方法進行工作量評估，結果發現和常規垂直航空攝影測量相比，傾斜攝影真三維模型測量在1∶1 000地形圖整個制作過程中，工作量有所減少，工作效率提高了19%。工作量比對評估見表1。

表1 兩種地形圖制作方法工作比對評估

3．2 數學精度評估

本測區地貌為丘陵地，按照CJJ/T 8－2011《城市測量規范》，地物點中誤差為0．5 m，注記點高程中誤差為0．5 m，相對位置中誤差為0．4 m。

本項目共完成1∶1 000比例尺地形圖127幅。按照有關質量檢查驗收規定，對傾斜攝影真三維模型測量成圖抽檢12幅。檢測方法為外業實測的方法。檢測結果如下，1∶1 000地形圖平面精度統計見表2，1∶1 000地形圖高程精度統計見表3，1∶1 000地形圖相對位置精度統計見表4。

表2 1∶1 000地形圖平面精度統計表

從表2、3、4可以看出，利用傾斜攝影三維實景模型制作1∶1 000比例尺地形圖數學精度完全滿足相應成圖規范的要求。

表3 1∶1 000地形圖高程精度統計表

4 結語

傾斜攝影三維實景模型由于影像數據是從空中俯視拍攝的地面區域，因此在樹林、植被密集的地方，存在三維模型遮擋和拉花，本項目針對遮擋和拉花的區域采用全野外實測的方法進行。為彌補全野外實測工作量較大的這一不足，未來可以利用地面拍攝影像比如街景掃描與傾斜攝影測量相結合進行后續研究。

表4 1∶1 000地形圖相對位置精度統計表