基于傾斜攝影的高程點批量自動提取研究

劉 振 吳長悅

（華北理工大學礦業工程學院）

傾斜攝影的出現改變了傳統攝影測量的工作方式。以往的航攝照片只能從垂直方向進行拍攝，這樣只能生成二維的正射模型，缺乏直觀性，即便生產出三維模型，也是偽三維模型，并無側面真實紋理［1-3］。傾斜攝影可以通過多視角的拍攝，彌補傳統正射影像側面紋理不足的缺陷，因為ContextCapture Master軟件的建模是基于紋理映射成像技術，三維模型的紋理很大程度上取決于原始影像數據的紋理細節是否足夠。航空攝影測量的目的是要最大限度減少外業測圖成本，在外業只需要做少量的像控點，讓無人機按照預設航線進行多視角航空拍攝，其他測圖工作均可以在室內完成［4-6］。ContextCapture Master是一款優秀的基于影像進行三維建模的軟件，尤其是對傾斜影像的處理具有很大優勢，生產出的三維模型具有非常真實的紋理，并且可以支持并行運算，極大節省三維模型的生產時間，生產出的OSGB 格式三維網格可以加載到EPS 中，實現裸眼3D 數據的采集［7-8］。在內業測圖時，主要是畫地物平面圖和提取高程點，可以在EPS測圖軟件里邊利用三維模型使用點選、線選和面選的方式提取高程點［9-11］。點選較準確而效率低，線選和面選效率高，但是對于地形變化較大的區域，會產生較大的誤差（因為線選和面選的原理都是高程點的內插）。如何保證準確度的前提下，提高高程點的提取效率，具有一定的研究意義。Terrasolid 軟件是一款非常優秀的激光雷達點云處理軟件，可以處理各種類型的點云數據，ContextCapture Master 可以生成點云格式的三維模型［12-15］，它的點云數據同樣可以利用Terrasolid進行處理。

本研究考慮使用ContextCapture Master 生成LAS格式的點云三維模型，然后把點云數據加載到Terra-solid 進行分類，提取出地面點點云，經過抽稀后直接在CASS中展繪高程點。

1 實驗數據獲取

選取薊州某山區一條長度約510 m 的山洪溝，使用大疆精靈4 RTK型無人機攜帶單鏡頭相機，進行多視角攝影，從正射和左右傾斜（相機傾角為45°）3 個方向飛行了3 個架次，一共拍攝了257 張照片。外業人員使用RTK 在測區內布設5 個像控點，26 個檢查點。

2 實驗過程

2.1 建立三維點云模型

首先在ContextCapture Master 中新建項目，把257張照片導入到軟件中，然后提交空中三角測量計算，計算結果如圖1所示。

進行控制點編輯，再次進行空中三角測量計算，計算完成后檢查結果是否正確。主要從定性和定量2 個角度判斷，定性上通過觀察加密點云排列是否正確，無分層錯亂等現象，定量上查看像控點選刺的所有照片平差結果誤差是否合格（如圖2 所示，綠色代表合格）。

新建重建項目并提交新的生產項目，生產3MX、OSGB 三維網格和LAS 三維點云。最終的三維模型效果如圖3 所示。因為拍攝時間是冬季，地面有積雪，并且空中的霧還未消散，導致模型周邊模糊，但是周邊已經在項目范圍之外，并無太大影響。

2.2 地面點提取

將LAS 點云加載到Terrasolid 分類處理，提取地面點。再根據測圖地形的實際情況，建立點云分類的宏，從而自動進行點的分類。

3 精度評定

等待軟件運行宏自動分出地面點之后，利用Terrasolid 自帶的精度檢查工具，將地面點與26 個檢查點的精度進行對比，結果見表1。

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分析精度對比結果可知，高程最大誤差的絕對值不超過20 cm，并且考慮到地形為山區，參考《1∶500 1∶1000 1∶2000 地形圖航空攝影測量數字化測圖規范》（GB/T 15967-2008）可知（表2 和表3），此精度完全滿足1∶500測圖精度需求。

注：括號內表示依用圖需要選用的等高距（下同）。

由表2 可知，1∶500 平地1/3 等高距是0.16 m，檢查點的最大高程誤差是0.157 m；表3中1∶500的平地高程中誤差是0.2 m，檢查點的高程中誤差是0.078 m；況且測區地形屬于山地，因此提取出的高程點精度完全符合測圖要求。

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對地面點進行導出（圖4），然后進行抽稀后重新加載到Terrasolid 里（每2 000 個點取一個點），抽稀之后的地面高程點再另存為ENZ 格式，保留兩位小數，導出了4 433 個高程點。通過Excel 對導出的點進行編輯，改為CASS 格式的數據點，然后直接展繪高程點。

4 高程點位置的合理性驗證

在室內提取高程點的時候，精度和位置都是衡量高程點質量的指標。精度已經滿足要求，但是有時會出現高程點不在地面的情況，為了從直觀上證明高程點位置的合理性，把用Terrasolid 提取出的全部地面點點云和OSGB 三維模型同時加載到EPS 里（圖5），可以看出地面點分類基本正確，無房頂和植被上的點，可以作為高程點使用。

5 結 語

通過使用ContextCapture Master 對傾斜攝影處理生成LAS 格式三維點云，在Terrasolid 中進行分類處理，最終分離出地面點點云，對地面點進行抽稀，然后直接在CASS 里邊展繪成圖，實現高程點的全自動批量提取。通過精度分析驗證了該方法具有較高的精度，對于航測地形圖測量內業成圖效率的提高具有一定的意義。