基于人工傾斜攝影測量的微地形三維建模方法探析

伍水珍

廣西壯族自治區自然資源調查監測院 廣西 南寧 530023

1 人工傾斜攝影測量的主要技術應用

從目前的應用情況來看，傾斜攝影測量技術主要用于一些大比例尺地形圖繪制、市政設施施工測量、區域三維模型搭建等環節。以大比例尺地形圖為例，此類圖形主要是指比例尺在1∶500—1∶5000的地形圖，這些圖紙在城市規劃設計環節、市政項目初步設計、項目施工設計等環節中，提供非常重要的應用資料。而這些資料在應用中的精準度要求較高，需要借助實測的方式來采集數據。傾斜攝影測量技術的順利融入，能夠根據實際需求在較大范圍內利用無人機的靈活性來完成完整數據采集，隨后借助三維建模軟件來完成參數整理，這也在原有基礎上，進一步提升了搭建模型的精準度，同時也可以加快模型構件速度，提高所建立模型應用結果的時效性。需要注意的是，在人工傾斜攝影測量過程中，也需要做好同向重合、旁向重合、飛行高度等參數的控制，這也是確保技術應用質量的重要保障。

2 微地形三維建模要點分析

2.1 做好相機校驗工作

從實際應用情況來看，可用于測量的相機包括非測量相機、專用測量相機。專用測量相機的各項參數比較固定，可以根據所需飛行高度、測量精度要求來進行選擇。部分微地形三維建模活動中，也會使用到非測量相機，如普通數碼相機，這類相機在應用中，受到物點、像點干擾，無法與投影中心保持在一條線上，這樣會導致圖像表現出畸變的情況，即所獲取到的圖像無法對其像位進行直接求解，影響到后續活動的進行。對此需要在工作開始前，對相機基礎參數進行審核，具體審核內容如下：①分辨率，基于微地形三維建模所需，相機分辨率不能低于600；②焦距，考慮到采集數據的清晰度，所選相機的焦距應控制在15mm以上；③徑向畸變參數，結合地區實際應用需求，該參數應控制在1.23×10-8以上，同時切向畸變參數也需控制在-1.23×10-5以上，借此來提高所采集影像參數的精準度和可靠性[1]。

2.2 合理選擇建模軟件

在模型構建過程中，也需要對建模軟件進行合理選擇，從目前的使用情況來看，經常使用到的建模軟件如下：①Pix4D mapper軟件，此軟件的應用體系歸類到中等，而且能夠輸出的模型格式種類相對較少，而模型的精細程度和操作難易程度保持中等，但是后續需要完成的工作量較多。②Photo Scan軟件，此軟件的應用體系歸類到較輕，而且能夠輸出的模型格式種類相對較少，而模型的精細程度保持中等，但操作難易程度較低，非常便于進行操作，而后續所需要完成的處理工作總量處于較大狀態。③Smart3D軟件，此軟件的應用體系歸類到較重，而且能夠輸出的模型格式種類比較豐富，而模型的精細程度處于較高狀態，但操作難易程度處于最高狀態，需要匹配專業人員進行操作，但是后續所需要完成的處理工作總量最少。具體選擇哪一類建模軟件也需要結合實際情況進行篩選，以滿足相應的建模要求。④MODO系列軟件，該軟件融合了多項高級技術，如N-gons、多層次3D繪畫等，借此來滿足3D建模、渲染、雕刻等工作，一般會用于效果圖的制作，具有一定的操作難度，需要匹配相應專業能力人員，確保最終的成型質量。

2.3 梳理模型構建流程

完成軟件梳理工作后，也需要遵循模型構建流程，以Smart3D軟件為例，具體內容如下：利用軟件來完成原始數據特征提取處理，基于特征點來對照片間位置與角度之間的關系進行梳理，利用系統來對匹配過程的錯誤點進行去除，借此來完成地表模型的建設工作。隨后利用人工導入的方式來完成四角坐標的梳理，同時利用試驗來完成坐標系的建設。在控制點設置過程中，需要將影像信息與點位坐標順利關聯在一起，對其進行空三加密處理，利用立體測圖技術對其進行處理，獲取到滿足實際大小需求的微地形模型。為了提升模型處理結果的精準性，也需要加入比例因子來進行設置，對其再次進行加密處理，進而提高地表模型分析結果的可靠性。另外，在模型構建過程中，也需要做好各環節的精度控制，以確保最終成圖效果的可靠性。

2.4 模型精度的評價

完成上述工作后，需要進行模型精度評價工作，借助機械方法來完成地表微地形的數據測量，以獲取的測量值來作為真實值，并且利用ATP方法來校核模型的可靠性，以滿足精度評定的相關要求。一般情況下，會將中誤差來作為精度的評價指標，所計算結果的中誤差數值越小，其對應模型精準度越高。在具體評估過程中，以地表模型上的標注點坐標來作為相應的觀測值，將得到的樣點數據作為真值進行計算，分別在x、y 和z 方向上對于數據進行比對分析，以此來科學評估具體的坐標精度，起到評估模型精度的作用。而且借助ATP方法來對模型應用過程進行評價時，可以借助實測鐵框內填充數據，來對基礎模型參數進行梳理，從而提高評估結果的實用性。另外，借助相關參數信息也可以在某一因素出現變動時，對于其精度變形規律進行梳理，從而更快地完成精度分析，以滿足模型應用過程的相關要求。

3 微地形建模優化處理措施

3.1 搭建微地形模型

在ATP方法應用背景下，為了對已有模型進行更良好的優化處理，可以結合要求來搭建微地形模型，在模型中也需要注意以下內容：為了更好地完成模型整理，在實際應用中，需要對一些實驗模型進行建立，如建立10-15組地表模型，這些模型在應用中都需要確保地表應用內容的完整性，并且也需要確保地形紋理內容的一致性，這也為后續精度分析工作的開展奠定基礎。而模型精度校驗過程中的最理想方式，則是對應用模型中的各點三維坐標，以及真實地標的三維坐標來進行整理，也需要考慮到不同設備或軟件應用過程的制約條件，以此為基礎來完成坐標誤差計算，起到了校核模型精準度的作用。除此之外，在搭建微地形模型時，也需要做好模型參數的分類存儲，并且也需要做好屬性數據備注，建立相應的數據庫，以便于后續數據的提取和查詢，提高所整理數據的完整性。

3.2 進行模型精度控制

在開展模型精度控制環節中，需要從以下幾方面展開：①在模型評估過程中，需要將樣點平面坐標點和高程坐標點，直接放置在同一地形模型中進行對比，借助低分辨率相機來對其進行拍攝，以得到可靠的數據分析結果。②在模型樣點和實際檢測點坐標展開分析結算時，需要對坐標在x、y、z 方向上的相關參數進行梳理，從而明確坐標相互間的相關性。在關系梳理過程中，需做好變量的選擇工作，從而提高分析結果的可靠性。③按要求來進行實測與模擬數值之間中誤差的優化計算，包括平面坐標和高程坐標兩組數值的計算。在計算過程中，會使用到云計算技術、計算機技術，對于多組數據進行綜合整理，從而提高計算結果精準度，滿足后續應用需求。

3.2.1 進行相關性梳理。根據已經采集到的數據信息，按要求計算x、y、z 方向上模型系數和實測系數，結合以往得到的數據分析經驗可以了解到，已有模型得到的三維坐標和實際測試過程中所得到坐標信息的系數范圍在0.900000-0.999995，在x 方向上系數范圍在0.999805-0.999995，y 方向上系數范圍在0.999971-0.999995，z 方向上系數范圍在0.900000-0.997935。這樣也表示模型相互之間的關聯性較強，x、y方向的相關系數一般會超過z方向上的數據參數。結合控制變量原則，可以得到以下分析規律：①可以根據不同分辨率的相機來建立相匹配的分析系數，而系數之間的大小關系為高分辨率＞中分辨率＞高低分辨率；②在不同模型拍攝高度影響下，其相關系數關系如下：0.5m＞1.0m＞1.5m；③在分析過程中，由于拍攝過程中的路徑差異性較大，那么此時系數間的關系為常規路徑＞O形路徑[2]。④所有整理的數據也會進行集中存儲，做好屬性標記工作，為后續數據追溯工作的進行提供參考。

3.2.2 平面中誤差控制。在平面精度的評估過程中，為了更好地完成評定工作，可以通過組建實驗的方式來進行測定，如可以將10cm作為間隔，借此來進行 x 方向的中誤差計算，而且在對y方向上進行誤差計算時，也可以將10cm作為間隔，以此來完成中誤差數據的計算。并且在計算過程中，也會按要求進行中誤差數值和最小中誤差數值的計算，隨后將數據進行匯總，進行整體分析數據的整理。基于以往地分析數據可以了解到，相機分辨率越高，其對應的中誤差數值越小，即拍攝高度為0.5m時，其誤差數值最小，而拍攝高度為1.5m時，其誤差數值最大。并且在y值不斷增大的情況下，所建立的微地形模型中，數值在x方向上的中誤差數值變化幅度并不明顯，但是此時在x 方向上所對應中誤差值也會呈現出凸態，隨后誤差值也會不斷增加，從而增加誤差產生的偏差值。但是x軸上偏離值與y軸上的中誤差波動間關聯性較弱，并不具備明顯的關聯性。

3.2.3 高程中誤差控制。在高程精度的評估過程中，為了更好地完成評定工作，可以通過組建實驗的方式來進行測定，如可以將10cm作為間隔，借此來進行 Z方向的中誤差計算。并且在計算過程中，也會按要求進行中誤差數值和最小中誤差數值的計算，隨后將數據進行匯總，進行整體分析數據的整理。基于以往地分析數據可以了解到，模型精度的評估，在很大程度上都會影響到高程內容的計算精度，高程精度越高，相對應模型精度也越高。并且在x值不斷增大的情況下，所建立的微地形模型中，數值在z方向上的中誤差數值變化幅度也開始增加，此時在z方向上所對應中誤差值也會呈現出凸態，增加誤差產生的偏差值。但是x軸上偏離值與z軸上的中誤差波動間關聯性較弱，并不具備明顯的關聯性。另外，在應用中z軸變化也會對模型關聯性形帶來影響，這也是需要進一步展開分析的內容。在所有分析活動中，需要確定變量的單一性，并且建立相對理想的分析環境，這樣可以更好的分析參數相關性，滿足相應的使用要求。

4 結束語

綜上所述，采用人工傾斜攝影測量方法建立顯微攝影三維高精度數值模型是科學可行的，通過建立相應的數據模型分析，可以有效地反映數據真實的有效性，提高測量的精度精準性，并廣泛適用于顯微攝影和大規模數碼卡的制作。用1∶1比例尺測量微地形中高誤差應小于2.5mm，采用了無人機人工交換技術，能夠快速獲取地面影像資料，實現大型3D模型接近真實1∶1，節省了無人機采購成本，無須考慮其耐久性，大大降低了三維建模的成本，具備了良好的應用推廣價值[3]。