基于傾斜攝影建模的三維測圖初探

王烽

摘要：對同一地物進行多視角傾斜攝影測量，并對傾斜數據進行相關處理操作后，就可以建立出三維模型。當模型精度很高時，利用模型進行三維測圖就變成了一種可行方案。本文以傾斜攝影建立的高精度三維模型為基礎，詳細闡述了三維測圖的操作過程，并對三維測圖的精度質量進行了評價和總結，認為測圖成果能夠滿足初步設計的精度要求。

關鍵詞：傾斜；攝影測量；三維測圖；三維模型

1.前言

傾斜攝影測量技術目前主要在三維數字建模領域得到較為廣泛的運用，將該技術用于數字化測圖領域仍是一種較為新鮮的嘗試。當傾斜攝影測量建立的三維模型精度較好時，三維測圖的平面精度完全可滿足航測規范要求。若同時與激光點云技術相結合使用，能在平面與高程上均達到較好的精度效果[1]。本文的主要研究內容是基于傾斜攝影測量建立了該片區的高精度三維模型，在此基礎上進行三維數字化測圖和成果質量分析。

2.三維測圖

2.1三維測圖特點

三維數字測圖是測圖行業一個革命性的新技術，它的主要特點如下：

（1）高效率成圖，大幅度削減外業勞動量。與地圖測圖相比，無須儀器野外采集細部點，省去了80%以上的外業采集和調繪工作；與立體測圖相比，無須屋檐改正，省去補測高程點；如果模型足夠清晰，地物遮擋不嚴重，基本無調繪補測。

（2）裸眼成圖，所見即所得，提高成圖質量。

（3）室內作業為主，降低勞動強度和生產成本，無須考慮天氣等影響因素，縮短成圖周期。

2.2立體測圖系統

MapMatrix Grid作為航天遠景最新一代的網絡版數字攝影測量系統[2]，具有非常強大的應用功能拓展。該系統可兼容來自多種飛行平臺的攝影測量數據，并生產出符合基礎測繪標準的4D產品。該系統的優勢在于作業過程自動化、數據處理海量化、采編入庫一體化等，目前該系統的成熟度和應用方向在不斷地完善。可預見將廣泛運用于城市規劃、測繪遙感和水利電力等方面。

2.3三維測圖實驗流程

三維數字化測圖實驗主要使用MapMatrix Grid系統中的特征采集處理專家grid軟件。下面將詳細介紹三維測圖的主要實驗流程：

2.3.1模型定向

此次實驗輸出的模型為OSGB格式，需要建立索引才能顯示模型。建立索引時選擇的目錄為存放瓦片文件的文件夾，而不是單個瓦片文件。生成索引成功后，在該文件夾下會出現MultiFoderReader.osgb文件，此文件即為索引文件。建立好索引后，確定下坐標北方向進行模型定向，即可生成定向后的模型索引文件，坐標路徑選擇坐標原文件xml文件。經過上述步驟，三維立體模型的定向工作完成，可直接用于測圖。

2.3.2加載傾斜視圖

選擇視圖菜單，加載傾斜攝影視圖，選擇定向后的模型索引打開模型。此時，若模型范圍與工作區范圍不一致，可以點擊工作區，設置矢量文件參數為傾斜數據范圍，即可將傾斜模型加載到工作區范圍中，兩者范圍一致且同步。

2.3.3三維測圖

加載完模型后即可在模型上進行地物采集（見圖1），根據測圖精度的要求選擇合適的地形地物進行矢量數據采集。采集過程中，還可以根據地物類型選擇屬性，按照屬性類別批量采集矢量數據。采集建筑物時將采集線點擊到房屋立面上，可自動進行房檐改正，同步記錄相關數據。

根據三維測圖的用途和精度要求，對相關地物、地貌進行數據采集，獲取和傳統地形圖測繪一致的特征點數據文件，然后繪制成圖，形成完整的地形圖。

2.3.4檢查點檢核

打開MapMatrix3D軟件，加載工程以后進行自動置平，點擊絕對定向按鈕，將控制點與檢查點的坐標信息一起導入軟件中，然后進行刺點。在每一次刺點結束時，都可選擇是否將該點設置為檢查點。一般控制點需要刺4個以上，剩余的點作為檢查點使用。全部刺點完成后進行絕對定向，絕對定向成功[3]后可輸出點位精度報告。若精度不滿足要求，需要重新刺點或者檢查是否控制點數據輸入有誤，直至精度合格。

3.三維測圖成果精度分析

為驗證三維測圖的精度及與傳統測圖方法的成果對比，同步用RTK和全站儀對該區域進行了地形圖的測繪工作，得到了該區域的實測矢量。RTK和全站儀作為大比例測圖的常用方法，測圖精度高。本次實驗中以實測的地形圖作為標準，將三維測圖成果與實測矢量進行對比分析。

3.1三維測圖成果檢查

三維測圖的基礎就是三維模型，當完成高精度三維建模后，為確保該模型在當地坐標系下，且沒有發生縮放或旋轉，可用實測矢量進行疊加檢核。

首先將三維模型與實測矢量進行同一坐標系下的疊加[4]工作，如圖2所示。經檢查，確認地物輪廓套合較好，三維模型與實測地形圖處于同一坐標系下，且無縮放等形變。

然后將三維測圖成果與實測矢量疊加，如圖3所示，整體套合結果較好，基本重合。經檢查，部分墻體邊緣線略有誤差。因為外業采集時為了方便RTK設備接收信號，建筑物的采集均在樓頂進行，采集的點位為房屋內角數據。而三維測圖時，采集的數據為房屋模型的外輪廓，因此墻體厚度帶來了一定的誤差。

3.2控制點與檢查點精度

檢查控制點與檢查點的誤差情況，選取了部分控制點精度數值如表1所示。

可以看出，其中2號點的點位偏差最大。經檢查2號點所在位置的三維房屋模型房角點扭曲模糊（見圖4），導致刺點時無法精準。其余大部分點位的平面精度在5cm以內，高程精度也在10cm以內，能夠滿足工程初步設計的使用需求。

由于航拍的時間與外業測量時間并不一致，時間差也可能導致誤差的出現。總體來說，基于傾斜攝影的三維測圖精度較好。當影像質量較好且控制點方案合理時，可以保證模型較高的精度，而模型的精度直接決定了三維測圖的精度。當測圖要求較高時，需進行一定的外業補測，以保

證測圖精度[5]。

4.結論與展望

上述實驗看，基于已建立的三維數字模型，可以進行三維測圖，并且測量的精度能夠滿足小比例測圖要求，在大數據統計和初步規劃設計時可以提供較為可靠的數據。目前國內已有多家公司發布了基于傾斜攝影的三維測圖軟件系統，如清華山維的EPS地理信息工作站、武漢航天遠景的MapMatrix系統、武漢天際航的DP-Modeler系統[6]等。由于我國傾斜攝影技術發展較晚，在傾斜攝影測圖方面并未有統一的標準和相關的測量規范，目前市面上的傾斜應用均是依靠工程經驗和行業共識進行生產的，三維測圖仍有較大的進步和發展空間。

參考文獻：

[1]趙小陽，孫松梅.無人機傾斜攝影支持下的1∶500高精度三維測圖方案及應用[J].測繪通報， 2019（07）：87-91.

[2]楊彥梅，施磊，張守敏，姚鑫鑫.基于傾斜攝影測量的三維數字測圖實驗研究[J].地礦測繪， 2017， 33（01）：25-27.

[3]鄭華，齊東宏，陳向陽，劉書冬.傾斜攝影三維模型測圖與傳統攝影測量測圖試驗分析探討[J].測繪技術裝備， 2018， 20（04）：81-83.

[4]楊彥梅.基于傾斜攝影測量的三維數字測圖實驗研究[A].云南省測繪地理信息局、云南省測繪地理信息學會.云南省測繪地理信息學會2016年學術年會論文集[C].云南省測繪地理信息局、云南省測繪地理信息學會：云南省科學技術協會， 2016：8.

[5]朱俊鋒.利用傾斜影像進行三維數字城市重建的關鍵技術研究[D].武漢大學， 2014.

[6]曹帥帥.無人機傾斜攝影測量三維建模的應用試驗研究[D].昆明理工大學， 2017.