傾斜攝影測量技術在城市實景三維建模中的應用

顧禹

摘? 要：傾斜攝影測量技術不僅能真實客觀的反應地物狀況，而且還可以通過先進的定位、融合、建模等技術，生成真實的城市實景三維模型。本文通過介紹傾斜攝影測量技術原理，并結合生產實例，提出了一整套城市實景三維模型生產流程，同時對模型的平面和高程精度進行了評定，結果表明該方法生產的城市實景三維模型滿足相關規范要求，值得進一步推廣應用。

關鍵詞：傾斜攝影測量;實景三維;真正射影像;紋理

1引言

近年來，“智慧城市”在全國各地逐漸興起，實景三維模型作為“智慧城市”建設的基礎數據得到了日益廣泛的應用，然而，在構建城市實景三維模型技術方案中，常規航空攝影測量僅能獲取地物的空間位置和頂面信息，無法獲取側面紋理，由此帶來的城市三維信息缺乏有效的技術融合度，導致三維模型工藝復雜而效果不佳。傾斜攝影測量技術的出現改變了這一現狀，傾斜攝影測量技術通過搭載多臺傳感器從不同角度對建筑物進行數據采集，快速、高效的獲取建筑物頂部及側面高分辨率紋理信息，不僅能真實客觀的反應地物狀況，而且還可以通過先進的定位、融合、建模等技術，生成真實的實景三維模型。

2傾斜攝影測量技術原理

傾斜攝影測量是通過在飛行平臺上攜帶多臺傳感器（如圖1所示，一般用五鏡頭相機），從一個垂直和四個傾斜共五個方向同步獲取物體的影像，其中一組垂直地面所拍攝的影像稱為正片，另四組鏡頭朝向和地面成一定角度拍攝的影像稱為斜片，所攝影像再利用高效專業的數據采集和處理設備，通過區域網聯合平差、影像匹配、DSM點云生成、TIN構建、紋理映射等步驟，最終生成實景三維模型。

3應用實例

3.1項目背景

根據某城市智慧城市建設總體規劃，需要構建中心城區約100km2的實景三維模型，該區域東西長約10.4km，南北長約9.8km，攝區范圍：經度120°45'22"-120°47’45"，緯度32°36'18"-35°39'40"，該模型在城市規劃設計與管理審批、展示和宣傳城市、數字旅游等多方面開展應用。

3.2傾斜影像獲取

利用無人機對測區進行傾斜攝影，相機采用SWDC-5航空傾斜攝影儀，定姿定位測量儀采用POS系統，成圖比例尺為1：2000，影像地面分辨率為0.06米，航攝高度為600米。采用專用航線設計軟件進行航線設計，航向重疊為66%，旁向重疊為30%。實際飛行時，各個相機根據航線設計的對應曝光點坐標全自動進行曝光拍攝。

3.3傾斜影像加工

通過相應的傾斜影像數據處理軟件，對采集到的傾斜影像進行處理，包括幾何糾正、區域網聯合平差、傾斜影像匹配等系列處理，最后將平差后的數據賦予每張傾斜影像，使得每張傾斜影像上的每個像素對應真實的地理坐標位置，以此實現傾斜影像的實時量測，從而形成符合應用需求的傾斜影像庫。

3.4實景三維建模

本項目采用了Skyline PhotoMesh7.0軟件進行三維建模，PhotoMesh7.0是一款傾斜攝影自動批量建模軟件，可以實現快速地、自動地從一組標準的、無序的二維相片批量構建精細的、帶有紋理的三維網格模型。PhotoMesh7.0產品基于高性能計算機圖形學、計算機視覺、航空攝影測量等先進技術，可以融合不同來源、不同格式、不同分辨率的相片，自動完成DSM點云生成、TIN構建、紋理映射等流程從而生成實景三維模型（如圖2所示）。

3.5精度評定

為了評定傾斜攝影建模的精度，本項目外業階段布設了20個檢查點，均勻分布在測區范圍內，利用GPS-RTK測量出每個點的坐標和高程，同時為了便于在三維模型上查找這些點位，外業測量時現場拍攝每個點對應的實地位置。將檢查點的外業實測坐標作為真值，在三維模型上讀取的坐標作為計算值，統計出計算值和真值之間的差值，從而得到三維模型的精度。

20個檢查點中平面最大誤差0.078m，中誤差0.081m;高程最大誤差0.112m，中誤差0.129m，其精度滿足CH/T 9015-2012《三維地理信息模型數據產品規范》的要求。

4結束語

通過對傾斜攝影測量技術在三維城市建模中的應用來看，其與傳統三維城市建模方法還是有較大區別的，特別是在高清晰度影像自動匹配建模技術上，改變了傳統人工模式帶來的諸多弊端，也實現了智慧城市三維建模技術的快速化、自動化、一體化，該方法適合大規模區域城市三維模型的構建，但是其中也存在一些不足，例如局部區域出現建筑物缺失或道路、樹木紋理失真等情況，相信隨著技術的進步，這一不足之處一定會有更好的解決方法。

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