倾斜摄影实景三维建模技术探讨与实践

倾斜摄影实景三维建模技术探讨与实践

武泳串

贵州五环技术开发公司贵州贵阳550025

摘要：近年来，随着科学技术的发展，我国的测绘技术有了飞速的发展，倾斜航空摄影技术是国际测绘领域的又一项高新技术，通过同一飞行平台达到从前、后、左、右和下视多角度的拍摄。本文简要介绍了该项技术原理，总结了利用倾斜摄影技术生产实景三维数据的技术路线，通过实践验证了该项技术在城市大比例尺实景三维建模的可行性，为城市快速开展大面积三维建模探索了新的途径。

关键词：倾斜摄影;实景三维;大比例尺

引言

本文对倾斜摄影建模的特点和常见质量问题进行了分析；以贵阳市三县一市及主城建成区实景三维模型制作项目为例，对倾斜摄影建模的过程控制和成果检查进行了探讨，以期为倾斜摄影三维建模产品的生产和检查提供参考。

1倾斜摄影建模的特点

倾斜摄影实景三维建模特点为：1）真实反映现实景观。倾斜摄影建模具有“全要素、全纹理”的全信息表达能力，能真实反映地物、地形的外观、位置、高度等信息。其优势主要表现在：①在自然地貌和植被土质等三维场景上表现自然，具有传统三维建模难以达到的真实效果；②模型连片成“一张皮”，避免了传统三维建模在单模型拼接时易出现缝隙、穿插错位和场景不协调等情况；③模型比例真实，尤其能准确表达模型实际高度，能对不规则形状要素进行如实表现。2）生产效率高。相对于传统三维建模，倾斜摄影建模具有生产效率高、成本低、周期短和更新方便的特点。从倾斜摄影、空中三角测量、DSM运算、航片正射纠正到模型建立的各工序均已实现较高的自动化，贵阳市除去数据获取，只花了五个月时间，生产周期的缩短，有效提高了模型的时间精度，从而更好地提高了应用服务质量。

2航摄仪介绍

2.1机载激光扫描系统(ALS70－HP)

ALS70最大脉冲频率500kHz，最大扫描频率为200Hz，航摄高度200m～3500m，最大扫描角度75°最大存储容量500G。它采用了新的控制系统和测量系统的模块化处理，同一系统在相同高度上可运行双倍的脉冲频率，结合LeicaMPiA(空中内插多脉冲发射技术)技术能大大提高点云密度和工作效率，快速获取高精度DTM、DEM和DSM。与光学或数字影像结合使用，加上少量控制点可获得正射影像产品。

2.2多角度倾斜摄影测量系统

LeicaRCD30Oblique是一款专为高精度三维城市模型制作和带状地形图测绘应用而设计的多光谱中幅面相机。它由一个配备50mm镜头的垂直相机和四个配备80mm镜头的倾斜相机(4个倾斜相机位于前后左右，呈35°)组成，一次飞行可同时获取地物的垂直影像和侧面纹理信息。同时，系统集成了高精度的POS系统，通过高精度GPS－INS数据可快速获取每张像片精确的外方位元素。该系统由相机镜头、相机控制、相机操作、相机导航和相机存储五大部件组成。

3技术路线

3.1处理流程

根据测区范围、测区高程数据，使用航线设计软件，结合测区最低点及最高点高程进行航线设计，航飞获取原始影像数据及解算出对应的姿态信息；根据获取的航空摄影实际成果进行像控点布设，像控点布设方式采用航摄惯导数据辅助空三加密的技术；在C级GPS成果基础上，外业对布设的像控点进行施测；利用建模软件将照片建模，通过计算机图形计算，结合pos信息空三处理，生成点云，点云构成格网，格网结合照片生成赋有纹理的三维模型。最后进行资料整理汇交。

3.2多视立体空中三角测量

倾斜航空多视影像空三加密技术采用POS辅助的垂直影像和倾斜影像联合平差方式，从而实现倾斜POS辅助光束法平差，建立工程需要导入倾斜航摄影像、相机文件、POS数据及控制点数据，最终输出垂直与倾斜影像精确的外方位元素，加密点，根据求解出的外方位元素，在所有影像间进行密集匹配。多视影像涉及到的范围大，且分辨率较高，因此在影像匹配过程中应该消除影像中的冗余信息，继而能够高效且准确识别出影像上的同名点坐标，进而能够获取地物的三维信息。

3.3航摄数据预处理

航摄飞行完成，及时对数据进行下载，利用同步基站GPS观测数据、机载GPS和IMU数据、曝光时刻的航摄时间记录、检校计算得到的偏心分量和偏心角进行联合解算，获得曝光时刻的投影中心的空间位置和姿态信息，原始数据经下载处理成单独影像数据、位置和姿态数据、飞行信息数据。影像数据进行匀光匀色和格式转换处理。

3.4像片控制点布设及测量

在航摄过程中，自动获取了高精度的POS数据，降低了对地面控制点的依赖程度。因此，像控点布设参考大比例尺平面影像空三加密要求展开控制点布设，采用基于城市连续运行卫星定位综合服务系统(CORS)的网络RTK进行观测，其像控点测量精度应满足平面坐标较差≤±4cm、大地高较差≤±4cm的精度指标。

3.5倾斜摄影测量系统数据预处理

POS数据解算:RCD30Oblique记录的POS数据通过IPASTC进行基站差分处理，同时结合相机精确的内方位元素、偏心角和线元素分量偏移值及每个相机的Event和PhotoID文件，计算输出工程区相片的外方位元素。数字空中三角测量:利用IPASTC进行基站差分处理或精密单点定位(PPP)处理，同时结合相机精确的内方位元素、偏心角和线元素分量偏移值及每个相机的Event和PhotoID文件，通过IPASCO软件计算输出工程区相片的初始外方位元素，利用多角度空三加密系统自动进行空三区域内的点匹配;利用点匹配结果和初始外方位元素进行区域网平差，结合外业控制资料计算出每一张影像精确的外方位元素。

3.6三维纹理TIN模型编辑

相机在高空以一定的倾角拍摄地面目标时，由于地面目标的高密集分布特征、桥梁存在架空结构、镜面反射、目标截面很小（如广告牌）等将使得原数据存在遮挡、地物特征难区分辨别等现象，导致生成的模型存在：房屋粘连；破面、飞点；部分纹理错误模型；漏洞；模型变形等情形。针对三维纹理TIN模型中出现的问题，基于航空摄影获取的倾斜影像数据、空三加密后的影像外方位元素、倾斜航摄仪参数等信息，建立基于GPU的分布式大规模快速处理平台，实现倾斜影像三维纹理TIN模型的快速、高精度、全自动构建，解决了纹理弱区（水域等）模型重建、二维漏洞和三维漏洞修补、缺失结构修复、房屋扭曲结构线直线化、扭曲三维结构的自动规则化复原等13项编辑工艺，形成了倾斜摄影测量三维纹理TIN模型的快速、高保真编辑工艺流程。模型编辑分为两类：几何编辑和纹理编辑。

结语

利用倾斜摄影技术生产的实景三维模型，解决了传统三维建模技术效率低、周期长、更新不便、真实性较差的不足，为城市三维地理信息产品的快速生产提供了更加高效的途径。当然，由于我国对空域的限制，机场附近的数据获取往往都很困难。

参考文献

［1］杨国东，王民水．倾斜摄影测量技术应用及展望［J］．测绘与空间地理信息，2016，39(1):13～15．

［2］谢奇宇．基于机载LiDAR和倾斜摄影测量的城市实景三维建模［J］．测绘，2016，39(3):138～141．

［3］赵宏，杜明成，吴俐民等．基于倾斜摄影测量技术的智慧城市5D产品制作工艺实现［J］．测绘工程，2016，25(9):73．

［4］宁振伟，朱庆，夏玉平．数字城市三维建模技术与实践［M］．北京：测绘出版社，2013.