機載LiDAR 與傾斜攝影測量在區域三維建模中的應用

謝梅秀 楊朝興 劉韋華

（江西省煤田地質局測繪大隊，江西 南昌330001）

三維建模是工程測量工作的一種常用技術方法，比如在某城市地區進行區域性三維建模，能夠為該區域測量工作的順利、有序開展提供有效信息支撐。而從區域三維建模效率提升角度考慮，合理選擇科學技術非常關鍵。其中，機載LiDAR 集成了GPS、IMU 以及激光掃描儀，而傾斜攝影則可對建筑物紋理進行采集，具有建模效率高的優點[1]。因此，在區域三維建模工作中，可合理、科學地應用機載LiDAR 與傾斜攝影測量技術方法。

1 機載LiDAR 與傾斜攝影測量技術

1.1 機載LiDAR。機載LiDAR，即機載激光雷達，是一種激光探測及測距系統，該系統集成了GPS 技術、IMU 技術以及激光掃描儀。當中，激光掃描儀為主動傳感系統，通過對返回的脈沖加以應用，能夠將探測目標高分辨率的距離、坡度、粗糙度以及反射率等信息獲取出來[2]。同時，被動光電成像技術，則能夠將探測目標的數字成像信息獲取出來，進一步通過地面信息處理，使逐個地面采樣點的三維坐標生成出來，最終通過整體處理獲取一定條帶的地面區域三維定位與成像成果。

1.2 傾斜攝影測量技術。對于傾斜攝影測量技術來說，是在國際測繪領域中應用廣泛且價值作用顯著的一種現代化科學技術，該項技術突破了正射影像只能從垂直角度進行拍攝的局限性，采取基于同一飛行平臺進行多臺傳感器搭載的方式，同時基于一個垂直、四個傾斜等五個不同角度對目標影像進行采集，使目標影像的視覺效果增強[3]。值得注意的是，傾斜攝影測量技術的特點包括真實性、高效率以及高性價比，能夠采集建筑物紋理，且建模效率頗高。因此，該項技術在相關工程區域三維建模工作中具備廣泛的應用價值。

2 機載LiDAR 與傾斜攝影測量在區域三維建模中的具體應用

如前所述，對機載LiDAR 與傾斜攝影測量技術有了一定程度的了解。從相關測量工程區域范圍內三維建模工作效率提升角度考慮，可合理科學地應用機載LiDAR 與傾斜攝影測量技術。總結起來，機載LiDAR 與傾斜攝影測量技術在其中的具體應用方法如下：

2.1 總體建模技術框架分析。區域三維建模，通常指的是在城市區域性測量作業開展過程中，對特定區域進行三維建模，通過三維模型的建立，為后續測量工作的順利、高效開展提供有效支持[4]。在區域三維建模工作開展過程中，利用機載LiDAR與傾斜攝影測量技術，可以直觀且真實地將測量工程區域性狀況反映出來。與此同時，通過此類建模方法，可以將大范圍地物空間信息獲取出來，同時獲取多個角度的影像信息，使測量工程區域范圍內的三維地形情況真是反映出來。如下圖所示，為工程測量作業中區域三維建模技術流程圖。值得注意的是，在區域三維建模中，機載LiDAR 與傾斜攝影測量技術的應用需嚴格按照其技術流程實施，以此確保區域三維建模的可行性及高效性。具體包括：（1）基于區域三維建模期間，首先需將過濾后的地面點內插成規則網格DEM，然后把DOM疊加至規則網上，使地形三維模型有效生成；（2）基于建筑物建模過程中，需將分類后的建筑物點云，和空間定位后的傾斜影像，導入至相關軟件中，描繪出建筑物輪廓之后，通過立面剖分、細節編輯、紋理貼圖等處理，得到完整的建筑物模型；（3）針對地面模型和建筑物模型做好整合處理，使區域三維模型有效生成。

工程測量作業中區域三維建模技術流程圖

2.2 地面建模技術要點。地形模型屬于區域三維模型的基礎，要想使其其精度得到有效保障，這樣才能夠使區域地理空間分析結果的準確性得到有效提高。在使用機載LiDAR 與傾斜攝影測量技術聯合的方式進行地形模型構建過程中，首先，針對原始點云數據做好濾波處理，然后將區域地面點有效獲取出來。其次，針對濾波后的點云做好數據內插處理，由于需確保地形的精度，并確保編輯地形的便利性，需落實距離權重方法，將地面點內插為1×1m 的規則格網。最后，將對象化之后的DOM與規則格網超三維平臺軟件導入，并把DOM疊加至規則格網中，讓區域范圍內的地形模型有效生成出來。

2.3 建筑物建模技術要點。基于區域三維模型中，建筑物是核心要素之一，因此掌握建筑物建模技術非常有必要。需注意，建筑物模型屬于單體線框模型，在建模過程中首要工作是基于分類之后的點云中將建筑物點云提取出來，進一步根據空間定位后的傾斜影響建筑物的輪廓進行描繪。因高層建筑的投影效果不夠理想，通過影像勾勒出來的建筑物輪廓與實際坐標之間稍有誤差，所以需將點云數據作為參考依據，將輪廓線移動到覆蓋點云邊界中。對建筑物輪廓信息加以確定的基礎上，需對建筑物的高程、高度信息掌控好。并加入機載LiDAR 將建筑物頂部、側面、地面多角度的坐標獲取出來。并且，還有必要針對建筑物點云數據進行立面剖分，結合頂部、附近地面點，對建筑物的高程、高度確定下來。最后，把模型向3DMax 中導入，通過精編輯，讓建筑物模型有效構建。

2.4 模型整合處理技術要點。在上述地形模型與建筑物模型構建成功之后，需進一步完成模型整合。基于專業的軟件當中，分別對地形模型與建筑物模型進行加載處理，然后將道路模型與景觀模型導入進去，完成對全部子模型的精編輯，確保和地形模型之間實現無縫銜接，使最終的成果可以朝專業三維平臺軟件當中導入，在工程項目的各項測量工作當中[5]。此外，值得注意的是，相關工程項目區域范圍內，除了建筑物以外，還包括一些其他模型，如果每一個模型均為單獨文件，在重新加載模型過程中，需對每個文件進行加載。考慮到管理及維護的便利，有必要把模型導入3DMax 當中，實現有效整合，但是此軟件不屬于三維模型平臺軟件，在模型加載能力上存在局限性，1次僅可加載1-2 平方千米。所以，針對每一個區域的模型加載完成以后，需另存一個文件，最終把全部文件加載至三維平臺軟件Skyline 當中，形成區域性整體三維模型。

綜上所述，在區域三維建模中，機載LiDAR 與傾斜攝影測量技術的應用價值頗高。在實際應用過程中，需明確總體建模技術框架流程，然后做好地面建模、建筑物建模作業，進一步通過模型整合處理技術的應用，使區域性整體三維模型得到有效生成，為相關工程區域測量工作效率及質量的提高奠定夯實的基礎。