機載傾斜攝影三維模型質量檢查方法研究

張天巧

摘要：本文介紹了基于機載傾斜攝影三維模型的特點，詳細闡述機載傾斜攝影三維模型的檢查方法、檢查指標和評價體系，并在大型傾斜航攝建模項目中得到實踐，驗證了該質量檢驗方法的可行性。

關鍵詞：機載傾斜攝影；三維模型；檢查指標；檢查方法；評價體系

引言

傾斜攝影技術是國際測繪領域近十幾年發展起來的一項高新技術，是指一定傾斜角度的航攝相機所獲取的影像，它顛覆了以往正射影像只能從垂直角度拍攝的局限，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從垂直、傾斜等不同的角度采集影像，獲取地面物體更為完整準確的信息。垂直地面角度拍攝獲取的影像為正片（下視影像），鏡頭朝向與地面成一定夾角（相機傾斜角度在40°至60°之間）拍攝獲取的影像為斜片（傾斜影像）。常用的傾斜攝影技術主要有三相機和五相機組合，目前主流方案采用五相機（一臺垂直相機，四臺傾斜相機），如RCD 30傾斜攝影系統，SWDC-5傾斜攝影系統。因傾斜攝影系統搭載了傾斜相機，因此可以較為完整地獲取地物側面的輪廓和紋理信息。

近幾年，傾斜攝影技術得到了廣泛的應用，傾斜攝影測量的快速發展，三維自動建模是目前的主流方向，也是目前研究領域的熱點和難點，該方法是通過對獲得的傾斜影像進行幾何處理、多視匹配、三角網構建、提取出典型地物紋理特征，并對該紋理進行可視化處理，最終得到三維模型，因為這種方法和以前的人工建模完全不同，可以精細表達建筑物的側面紋理，模型真實，可有效降低城市三維建模成本，但也存在著密集房屋底部粘連，獨立地物懸空等問題，如何檢查和評價傾斜攝影建成的三維模型成果是目前的難點。

在大量傾斜航攝三維建模的檢查實踐中，根據傾斜三維模型的特點，不斷總結、修改、完善檢查方法，逐漸形成一套完整的評價體系，包括三維模型的平面精度、高程精度、模型精細度、紋理精細度、邏輯一致性、場景效果等各項評價指標，并針對傾斜三維模型檢查中一些難點和重點，提出自己的一些看法。

1.機載傾斜攝影三維模型檢查方法研究目的和意義

傾斜攝影的三維模型成果，模型完整，紋理真實，尤其對立面細節表現良好，能夠將建筑的陽臺及廊房等部分構建出來，完全真實地反映了地物地貌特征。同時，在快速實景三維建模的過程中，自動化程度高，無須人工干預，大大提高了三維建模的效率，適合大規模中心城市三堆模型的構建。其中也存在一些不足。例如局部區域出現建筑物或道路、樹木紋理失真等情況，因此，如何檢查和評價傾斜攝影建成的三維模型成果是我們研究的重點，在CH/T 9015-2012《三維地理信息模型數據產品規范》的基礎上，進行研究和分析，形成一套適合傾斜攝影三維模型的質量評價體系，引導傾斜攝影三維模型的標準化和規范化。

科學的數據質量評價方法能夠客觀精確地評價數據的質量，對數據的實際應用起著至關重要的作用。由于數據受影響的因素很多，那么對其質量的合理控制就尤為重要。從多角度來綜合評價數據質量，構建合理科學的傾斜攝影三維模型質量評價體系是本文的意義所在。

2.機載傾斜攝影三維模型檢查評價體系的構成

2.1質檢方法

檢查方法主要是：

2.1.1采用人機交互檢査，在軟件系統環境下，將要檢査的數據可視化，以圖形、圖像、文件等形式顯示在計算機的屏幕上，通過人工判斷其完整性、模型紋理的協調性、場景表現效果、屬性的準確性與完整性、數據存儲格式和空間位置的一致性等

2.1.2通過外業實地抽樣巡查的方法檢查模型要素的完整性，檢查模型精細度和紋理的準確性、協調性，檢查場景效果的符合性、現實性；使用全站儀極坐標法對建筑物高度進行套合檢測，檢查模型高度精度的準確性；使用同精度地形圖比較的方法和GPS RTK接收機進行套合檢測，檢查模型平面和地形精度的準確性。

2.2評價體系構成

空間參考系檢查：設定的坐標系是否正確。

單位產品：一幅

位置精度要求：模型的平面位置中誤差不超過0.6m，模型的高度中誤差不超過0.75m（特殊困難區域可適當放寬至2倍），建筑物模型的高度與平面尺寸應與實際保持一致的比例，通過導入外業實測散點坐標與三維模型同名點坐標進行檢查驗證。

表達精細度檢查：在Skyline平臺下鎖定視角高度為400m，（重要和次重要建筑根據需要降低至200m），通過瀏覽方式對實景三維模型展示效果（結構、紋理、懸浮）進行檢查，當模型刷新到最高LOD后，要求場景色彩合理，模型無破洞、紋理無明顯扭曲、場景內無明顯不合理懸浮。

邏輯一致性檢查：檢查概念、格式和表現一致性，其模型格式、模型編碼命名（城中村不要求按自然幢為單位組織）、模型表現規則等是否一致。

場景效果檢查：在Skyline平臺下鎖定視角高度為400m，瀏覽場景，場景（水面、道路、綠地等）不應存在破洞、場景內無明顯不合理懸浮。

附件質量檢查：檢查元數據以及附屬文檔的完整性和正確性。

3.機載傾斜攝影三維模型質量評價指標

3.1質量元素及權重

質量元素包括三維模型的平面精度、高程精度、模型精細度、紋理精細度、邏輯一致性、場景效果等各項評價指標。質量元素及權重如下：

3.2質量元素錯漏分類

質量元素的錯漏依據模型的重要程度、錯漏的嚴重程度等可劃分為嚴重的錯誤（A類）、次嚴重的錯誤（B類）和一般錯誤（C類）

重要模型建筑指示范區內的地標性建筑，包括如區級以上政府所在地建筑、一江兩岸風景區、著名風景名勝等重要建筑物。次重要建筑模型指15層以上高大建筑。一般性建筑模型為單體的獨立性的15層以下的多層建筑模型。其他建筑指臨時建筑、在建建筑、棚戶房、城中村建筑物。

嚴重的錯漏（A類），指對三維模型數據使用和瀏覽展示效果有嚴重影響的錯漏，或是重要模型的精度、表達、屬性等存在錯誤或與設計要求不一致，或次重要、一般、其他模型的系統性錯誤或與設計要求不一致。次嚴重的錯漏（B類），指對三維模型使用和瀏覽展示有較大影響的錯漏，或是次重要模型的表達、屬性等存在錯誤或與設計要求不一致，或一般、其他模型的錯誤或與設計要求不一致的數量已超過8個。一般錯漏（C類），指一般或其他模型的錯誤或與設計要求不一致，表示對三維模型使用和瀏覽展示有輕微瑕疵，但不影響整體效果的錯漏。詳見下表：

3.3質量評定

三維模型單位產品質量實行優級品、良極品、合格品、不合格品評定制。三維模型產品檢驗批質量實行批合格、批不合格評定制。

4.結語

本文通過對傾斜航攝三維建模的檢查方法的研究，根據傾斜三維模型的特點，總結、修改、完善檢查方法，逐漸形成一套完整的評價體系，包括三維模型的平面精度、高程精度、模型精細度、紋理精細度、邏輯一致性、場景效果等各項評價指標，是傾斜攝影未來的研究熱點，也是傾斜攝影實踐應用的評價技術，尤其隨著數字城市和智慧城市建設的不斷推進，對數據獲取和質量提出更高的要求，傾斜攝影的三維建模檢查方法具有很好的應用前景。

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