實景三維建模與大比例尺測圖

肖媛

摘要：DLG是地形圖上現有核心要素信息的矢量格式數據集，它可以隨機滿足各種空間分析要求，并與其它信息重疊，根據需要可以篩選或者直接顯示部分信息的實景三維模型。如今，基于現代無人機實景三維傾斜攝影技術的模型構建正在得到應用和開發，捕獲的圖像紋理真實和數據采集高精度的優點對未來信息技術發展具有重要意義。現代無人機傾斜攝影技術與實景三維建模技術相結合，為未來的數字智慧城市開創了新局面。本文主要分析實景三維建模與大比例尺測圖。

關鍵詞：傾斜攝影測量;三維模型;數字線劃圖

引言

三維傾斜攝影建模技術是基于無人機進行的近年逐步發展起來的新型測量技術，而在此之前，三維攝影建模手段主要基于CAD的建模、激光三維掃描建模技術等。激光掃描建模技術主要以地面激光掃描三維建模和機載激光掃描建模兩種方式為主。

1、空中三角測量

1.1區域網平差方法

空中三角測量的方法很多，但是這里我們主要介紹一些區域網平差的方法。比較區域網的三種主要方法：航帶法、光束法、獨立模型法。不管哪一個方法都通過空中三角測量來捕獲加密點的地標和像片的外部方位元素，從而進一步為數字高程獲取和DLG生成提供高精度方位結果。

1.2光束法區域網平差示例

根據光束法區域網平差的原理，從旁向或航向中選出相互重疊的兩張像片，在兩張像片重疊部分選出四個已知控制點K1、K2、K3、K4，再從上面點出一個未知點K5（方便到實地尋找的房角點或者道路交叉口點）。因光束法區域網平差是以像點坐標作為觀測值，理論較為嚴謹，只有在提前消除像點坐標的系統誤差后，才能得到符合要求的加密成果。由上述數據已知4個點的像片坐標和相對應的地面坐標，而選中的未知點K5也是已知的像片坐標，那么我們需要獲得的是6個外方位元素和K5的地面坐標，即9個未知數，根據共線方程式，我們至少需要10個方程才可以解答出這9個未知數。其次，由于共線方程是非線性函數模型，為了便于計算，將共線方程以及待測點的地面坐標進行線性化并取一次小值項。簡單來說，空中三角測量就是通過共線方程式，結合已知控制點、POS數據等相關信息，獲得加密點的坐標，從多數坐標中得到影像的準確位置，在每張像片之間生成連接點。

2、航標實景三維模型單體化

航標是通過特定的視覺、聽覺、無線電標志和信號維護交通通暢、保障航行安全的助航標志設施。為了有效支撐航道三維場景的動態化管理，需要對“一張皮”的實景三維模型進行航標對象單體化處理，使得每一個航標對象是單獨的、可以被選中分離的實體，可以附加屬性、查詢統計等。傾斜攝影實景三維模型單體化方法一般可分為邏輯單體化和切割單體化。考慮航標具有可移動特點，無法用已有的矢量范圍做邏輯單體化。本文提取結果為約束，聯合實景三維模型和原始實景三維模型進行航標模型的切割單體化處理。疊加重建后的實景三維模型與原始實景三維模型，模型相交處理得到采取對象的邊界。考慮原始實景三維模型中的噪聲對象及水面非航標對象的干擾，引入航標對象的投影面積作為過濾條件，對象的邊界做篩選過濾。進一步利用對象邊界對實景模型的三角格網進行物理切割，實現航標對象的單體化分離，切割算法的核心是對切割邊界三角格網的處理。一般切割的步驟如下：（1）遍歷所有三角面，判斷三角形與邊界的關系。（2）若三角形在邊界內，保留;若三角形在邊界外，則舍棄。（3）三角形與邊界相交時，有兩種處理方法，一是相交則保留，但存在不平整的問題，優點是算法簡單，切割效率高;二是由切割的交線對三角形進行剖分，屬于邊界內的保留，邊界外的去除，這種方式邊界齊整，但算法復雜，切割效率低。（4）遍歷所有的LOD級別進行切割。

3、大比例尺測圖采編一體化

3.1數據采集

基于無人機航攝進行大比例尺地形圖繪制的應用已越來越廣泛，也是各測繪行業單位技術發展的一個重點方向，相較于傳統航測數據采集，現如今的無人機航測成圖技術可謂“三維裸眼測圖”，無需佩戴立體眼鏡，內業地形圖采集方式更為靈活方便，作業更高效。EPS軟件是一款較好用的航測成圖軟件，將地形要素-控制點、居民地、交通及附屬設施等常用符號匯集成常用符號欄，在要素采集時，可以很方便地選擇各個常用要素符號;將矢量編輯中常規的操作，如延長、打斷、增加節點、連接等功能匯集成于工具欄，增加了操作的簡易性。

EPS軟件是以庫數據為平臺，采集的點、線、面要素均為庫數據。這較傳統的內業立體采集方式來說，要素的采集需要特殊的要求，比如：交通、水系、居民地采集的是面狀要素，雙線道路和面狀水系要采集中心線和面，其中道路是路邊線、中心線和面同時采集。道路和房屋附屬設施的面狀要素采集為帶符號的面狀（如室外樓梯、臺階、懸空通廊等）。要素采集時，實時開啟二維或三維捕捉模式方便后期建庫構面。EPS軟件是直接以成果數據庫的格式進行立體采集或更新，在采集過程中更注重數據庫矢量之間的邏輯與空間拓撲關系，既可定位，又可實現部分定性，初步搭建庫數據。

3.2外業調繪

外業人員利用內業輸出的調繪片底圖，進行實地調查和收集資料數據，給內業判讀提供支撐。調繪中做到：走到、看到、問到、繪準，確保調繪成果資料的準確性、完整性和規范性。針對調繪底圖進行全面的實地核查、修改，補測補調各要素屬性內容。對立體測圖采集的所有要素進行定性;糾正內業判讀錯誤的地物;真實反映調繪時的現狀。并核實調查，各類主要地物（如道路、水系、居民地）的屬性和名稱，電力線名稱、電壓伏數，植被類型等，并修改內業判讀不準確的要素屬性。

3.3數據質檢

數據檢查采用人機交互檢查、利用程序自動檢查。人機交互檢查，是在立體環境下檢查幾何表達是否正確;位置精度是否正確;各個地物要素間的邏輯一致性是否合理，表征質量是否正確等。程序檢查是在EPS軟件下，對數據進行要素幾何特征、重疊對象、空間邏輯、等高線、要素屬性、注記等的檢查。

結束語

本文對傾斜影像應用于實景三維模型的研究較淺，在空中三角測量部分只對區域網中的三種方法作出了詳細的分析，沒有對其他方面進行更為詳細的探究，另外還需要在此基礎上對傾斜影像匹配算法進行深入研究，探討如何對內業建模軟件進行進一步的升級，使得模型精度更高、外業測量最少。

參考文獻：

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