一種新的立體測(cè)圖方法

許承權(quán)，滕明星

(1.閩江學(xué)院海洋學(xué)院測(cè)繪工程系，福建 福州 350108； 2.重慶大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶 400045)

1 引 言

傳統(tǒng)的大比例尺數(shù)字地形圖成圖技術(shù)主要通過全站儀、PDA、GPS-RTK等硬件采集地物地貌的特征信息，再利用CASS、清華山維EPS等軟件繪制大比例尺線劃圖[1]。該技術(shù)外業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低，因此，如何降低外業(yè)數(shù)據(jù)采集難度和提高外業(yè)采集效率一直是國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。

近年來，隨著小型無人機(jī)的快速發(fā)展與普及[2]，基于實(shí)景三維模型的立體測(cè)圖技術(shù)逐漸成為大比例尺數(shù)字成圖的主要方法之一，該技術(shù)首先通過無人機(jī)獲取高重疊度影像和通過航空攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理軟件獲取地物地貌的實(shí)景三維模型，再通過立體測(cè)圖軟件繪制大比例尺線劃圖[2]。目前市面上能建立實(shí)景三維模型的主要航空攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理軟件有美國Bentley公司的ContextCapture和Skyline公司的PhotoMesh、法國空客公司的Street Factory[3]以及國內(nèi)的武漢天際航公司的DP Modeler[4]等，能夠?qū)崿F(xiàn)立體測(cè)圖的軟件主要有武漢天際航公司的DP Modeler軟件系統(tǒng)[7]、北京清華山維的EPS軟件系統(tǒng)[8]等，但所有立體測(cè)圖軟件均不支持CASS直接成圖，其成果轉(zhuǎn)換到CASS環(huán)境下可能存在部分信息丟失的風(fēng)險(xiǎn)，因此，研究一種適用于CASS直接成圖的立體測(cè)圖方法具有重要的價(jià)值。

2 立體測(cè)圖新方法

2.1 Acute3D Viewer與CASS

Acute3D Viewer是一款ContextCapture[10]處理結(jié)果的三維瀏覽軟件，具有三維模型顯示、模型量測(cè)、點(diǎn)位信息顯示等功能，如圖1所示，在測(cè)量窗口打開狀態(tài)下，鼠標(biāo)在三維模型某點(diǎn)處點(diǎn)擊選點(diǎn)時(shí)，測(cè)量窗口將實(shí)時(shí)顯示所選點(diǎn)的三維坐標(biāo)信息(依次為東坐標(biāo)、北坐標(biāo)、高程)，此信息可通過Ctrl+A(全選)和Ctrl+C(復(fù)制)操作拷貝到剪貼板來實(shí)現(xiàn)提取。

CASS是一款基于AutoCAD平臺(tái)二次開發(fā)的數(shù)字化地形地籍成圖軟件[9]，通過CAD命令完成繪點(diǎn)、畫線等操作，如圖2所示，在命令窗口，輸入上述剪貼板提取的點(diǎn)位坐標(biāo)信息，繪制點(diǎn)。

圖1 Acute3D Viewer界面示意圖

圖2 CASS界面示意圖

2.2 Acute3D-CASS立體測(cè)圖法

本方法主要思想是通過“Acute3D窗口選點(diǎn)”和“CASS窗口繪圖”同步來實(shí)現(xiàn)立體測(cè)圖，即Acute3D窗口三維模型中選點(diǎn)、Acute3D測(cè)量窗口顯示所選點(diǎn)的點(diǎn)位坐標(biāo)信息、VBA編程提取點(diǎn)位坐標(biāo)信息、VBA編程轉(zhuǎn)換“點(diǎn)位坐標(biāo)文本信息”為“CASS命令字符串”、VBA編程判定CASS中“畫線、畫點(diǎn)”狀態(tài)、VBA編程調(diào)用CASS命令實(shí)現(xiàn)點(diǎn)線繪制。具體算法流程如下：

(1)定義F8鍵表示結(jié)束，F(xiàn)5鍵表示捕點(diǎn)，F(xiàn)6鍵表示畫線，F(xiàn)7鍵表示同屏，并判定鍵盤按鍵，若為F8，則轉(zhuǎn)步驟(11)；

(2)初始化點(diǎn)號(hào)PointNumber=1和線節(jié)點(diǎn)號(hào)LineVector=1，在CASS中新建圖層SH；

(3)判斷Acute3D Viewer“測(cè)量(measure)”窗口是否打開，若未打開，則打開該窗口；

(4)在Acute3D Viewer三維模型中選取目標(biāo)點(diǎn)A，同時(shí)判斷需求，若畫點(diǎn)則點(diǎn)擊F5鍵，若畫線則點(diǎn)擊F6鍵，若同屏則點(diǎn)擊F7鍵；

(5)調(diào)用API函數(shù)，獲取“測(cè)量(measure)”窗口中點(diǎn)位信息，并將賦值給字符串變量S；

(6)將字符串變量S中的坐標(biāo)信息轉(zhuǎn)換成CASS命令格式；

(7)判斷CASS狀態(tài)，若繪點(diǎn)，則轉(zhuǎn)步驟(8)，若繪線，則轉(zhuǎn)步驟(9)，若同屏轉(zhuǎn)步驟(10)

(8)調(diào)用CASS點(diǎn)繪制命令，在SH圖層繪制點(diǎn)A和點(diǎn)號(hào)PointNumber，若需結(jié)束，則點(diǎn)擊F8鍵，PointNumber=1，轉(zhuǎn)步驟(2)，否則PointNumber=PointNumber+1，轉(zhuǎn)步驟(4)；

(9)調(diào)用CASS線繪制命令，在SH圖層繪制點(diǎn)A和點(diǎn)號(hào)LineVector，若需結(jié)束，則點(diǎn)擊F8鍵，LineVector=1，轉(zhuǎn)步驟(2)，否則LineVector=LineVector+1，轉(zhuǎn)步驟(4)；

(10)調(diào)用CASS命令，將CASS中圖形以A點(diǎn)位中心縮放顯示，轉(zhuǎn)步驟(4)；

蓋碗茶具的出現(xiàn)與飲茶習(xí)俗的變化發(fā)展密不可分，是在中國古代茶具積淀之上形成的，符合中國茶事美學(xué)與實(shí)用的茶具。如今，仍以其獨(dú)特的人文屬性及靈活可變的功能形制，在現(xiàn)代茶事活動(dòng)中成為不可或缺的一類茶具。在茶文化大發(fā)展的時(shí)代背景下進(jìn)行概念厘清及發(fā)展梳理，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

(11)結(jié)束。

算法流程圖如圖3所示。

2.3 立體測(cè)圖軟件

本文方法工作界面如圖4所示，Acute3D窗口與CASS窗口并排顯示，Acute3D窗口選點(diǎn)與CASS窗口繪點(diǎn)線同步，CASS命令窗口文字為本軟件功能說明(F5捕點(diǎn)、F6畫線、F7同屏、F8結(jié)束)，軟件相關(guān)操作如下：

(1)Acute3D窗口左鍵選目標(biāo)、按F5鍵，CASS窗口自動(dòng)繪制點(diǎn)及點(diǎn)號(hào)，如圖5所示；

(2)Acute3D窗口左鍵選目標(biāo)、按F6鍵，CASS窗口自動(dòng)繪制線及線節(jié)點(diǎn)號(hào)，如圖6所示；

(3)Acute3D窗口左鍵選目標(biāo)、按F7鍵，CASS窗口圖以該點(diǎn)為中心縮放顯示，如圖7所示。

圖3 算法流程圖

圖4立體測(cè)圖工作界面

圖5 捕點(diǎn)示意圖

圖6 畫線示意圖

圖7 同屏示意圖

3 實(shí)驗(yàn)分析

(1)將含有房屋、道路、陡坎的三維模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入EPS軟件，通過EPS立體測(cè)圖法繪制其 1∶500線畫圖，其處理時(shí)間如表1所示，處理結(jié)果如圖8所示。

不同方法不同地形繪制時(shí)間比較 表1

圖8 EPS軟件測(cè)圖結(jié)果

(2)將含有房屋、道路、陡坎的三維模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入Acute3D Viewer軟件，通過Acute3D-CASS法繪制其 1∶500線畫圖，其處理時(shí)間如表1所示，處理結(jié)果如圖9所示。

(3)將EPS處理結(jié)果導(dǎo)入CASS軟件，其結(jié)果如圖10(b)所示。

由圖8、圖9、圖10和表1中可以看出：

(1)兩種方法所繪成果精度基本一致，所需時(shí)間相差不大。

(2)EPS繪制成果導(dǎo)入CASS中之后，地形屬性會(huì)消失，需重新添加地形屬性信息。

圖9 本文方法測(cè)圖結(jié)果

圖10 EPS成果導(dǎo)入CASS對(duì)比

(3)EPS軟件三維模型部分細(xì)節(jié)顯示不如Acute3D Viewer清晰，模型操作不如Acute3D Viewer流暢，故容易造成取點(diǎn)誤差。

(4)對(duì)于習(xí)慣CASS軟件操作者，本文方法操作比較簡(jiǎn)單。

4 結(jié) 語

無人機(jī)航測(cè)正以其快速準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)改變著傳統(tǒng)的測(cè)繪作業(yè)方式，通過三維模型進(jìn)行立體測(cè)圖成圖正逐漸成為行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，本文提出基于VBA編程的Acute3D-CASS立體測(cè)圖法，此法效率與EPS相當(dāng)，可靠性高于EPS，完全能滿足實(shí)際生產(chǎn)中的各種精度要求。但本文方法目前僅能實(shí)現(xiàn)CASS窗口圖像與Acute3D窗口選點(diǎn)同屏，沒有實(shí)現(xiàn)Acute3D窗口圖像與CASS窗口選點(diǎn)同屏，還需進(jìn)一步解決雙向同屏問題。