实景三维中国建设之快速构建倾斜实景三维实体

实景三维中国建设之快速构建倾斜实景三维实体

王亚亚

淮北市自然资源和规划局 注册测绘师

摘要：

随着自然资源部对实景三维中国建设的全面推进，如何快速构建倾斜实景三维实体成为关注的焦点。为了实现快速构建倾斜实景三维实体的目标，本文在倾斜实体构建的关键节点进行了技术创新与优化。一方面在数据预处理时剔除了航测影像中的冗余数据，另一方面在模型构建时利用沙盘软件虚拟多台计算机达到建模引擎并行多开，避免了冗余数据的三维实体建模、充分利用了计算资源，极大程度减少了时间开销，避免了资源浪费，为实现碳达峰、碳中和迈进了一步。

关键词：实景三维建设；倾斜摄影；双碳

0前言：

2025年国家和省市县多级实景三维在线与离线相结合的服务系统将初步建成，地级以上城市初步形成数字空间与现实空间实时关联互通能力，为数字中国、数字政府和数字经济提供三维空间定位框架和分析基础，50%以上的政府决策、生产调度和生活规划可通过线上实景三维空间完成。

快速构建倾斜实景三维实体技术成为备受关注的领域。本文从构建倾斜实景三维实体技术的原理出发，采用了倾斜预处理方法剔除了航测影像中的冗余数据避免了无效区域的空三解算和建模，同时采用沙盘软件虚拟多台计算机实现建模引擎并行多开充分利用了计算资源从而达到了快速构建实景三维实体的目标，极大程度减少了时间开销，避免了资源浪费，为实现碳达峰、碳中和迈进了一步。

1方法：

1.1倾斜摄影预处理——剔除冗余影像

1.1.1 冗余影像

一般倾斜摄影数据采集时，为了防止出现漏摄情况发生，航向和旁向覆盖常超出分区边界线一定的基线数。以常规倾斜五目相机（由五个SONY ILCE-6000相机组成，一个垂直角度其余四个以45°放置）为例，测区一般至少外扩一个相对航高距离，但外扩航线中五个镜头的数据，只有朝向测区且其像主点落在感兴趣域（测区）内的镜头数据是有效的。

1.1.2 外扩航线预筛选

以常规倾斜五目相机为例，倾斜相机倾斜角为45°放置，则感兴趣域A等距外扩一倍相对航高得到航飞有效区B。通过B与A进行拓扑差运算可得到有效的外扩航线域C。

该筛选算法可通过射线法判断点面拓扑关系来实现，判断摄站点的投影坐标是否落在有效外扩航线域内即可。

1.1.3有效外扩航线域内冗余影像剔除

针对有效外扩航线域内所有镜头的影像，只有像主点朝向测区的影像是有效的，因此可通过三维空间向量间的计算来进行筛选。

iTwin Capture Modeler Master Center中竖直向上的单位向量为，，经过旋转矩阵转换得到实际主光轴的单位向量。

得到摄站点的三维坐标和单位向量即可通过射线参数方程与平面进行联立则可得到与平面交点的三维坐标，并判断其与测区的相对位置即可有效的将外扩航线域内冗余影像剔除[2]。

射线的参数方程如下：

式中：——是射线的起点；——是射线的方向向量；——是时间，。

根据的取值不同，可得射线上不同的点，所有这些点便构成了整个射线。

平面的参数方程如下：

式中：——是平面的法向量；——是平面上任意点；——是平面上的一点。

射线若与平面相交，则交点一定在平面上，设交点为，那么一定同时满足射线的方程和平面的方程，于是

是射线的起点。

然后将射线方程带入平面方程

整理后得到

由向量点乘分配律得：

，射线与平面的交点为，将上面的带入射线方程即可。满足上式的摄站点面向测区保留，不满足时非朝向测区，予以剔除。

1.1.4 效率提升

本文基于iTwin Capture Modeler Master Center中导出的标准交换格式XML的工程信息文件，基于 SQLite数据库采用 C++编程语言对本文方法进行了实现。以叶集项目为例，该项目采用SONY ILCE-6000五镜头倾斜相机外业采集照片共33610张。

处理后效率提升与数据精简情况

一般情况下，效率提升可达40%[2]，此次叶集项目中原始数据空三成果中12161张照片未引用，照片入网率仅为63.82%，且最终空三成果无法继续进行重建操作。剔除冗余影像后不仅可以得到效率的提升还可以提高空三成果精度。

1.2建模引擎并行多开

1.2.1沙盘软件安装及虚拟多台计算机设置

下载安装沙盘（Sandboxie-Plus-x64-v1.9.6_2）软件，新建沙盘并进行参数设置，将集群环境的路径添加到沙盘程序的资源访问设置中。

引擎多开情况下，有可能造成资源紧张，部分进程卡死的情况，需要协调配置，可以利用Process Lasso Pro软件对进程CPU使用进行限制，对多个处理进程预留1个独用CPU核心，保证进程顺利进行。

1.2.2效率提升

以电厂数据为例，采用单引擎运行和双引擎运行测试。单引擎运行需852分钟，双引擎运行需666分钟，效率提升

21.83%。

2结束语：

为了实现快速构建倾斜实景三维实体的目标，本文在倾斜实体构建的数据预处理和三维重建节点进行了技术创新与优化。冗余数据剔除可提升效率达40%，建模引擎并行多开效率可提升21.83%，充分利用了计算资源，极大程度减少了时间开销，避免了资源浪费，为实现碳达峰、碳中和迈进了一步。

参考文献

[1]王宏涛. 精密单点定位技术在GPS辅助空中三角测量中的应用研究[D].河南理工大学,2010.

[2]王坚,徐昀鹏,陈润华.倾斜摄影测量扩展航线中冗余影像的剔除方法[J].智能城市,2021,7(19):50-52.DOI:10.19301/j.cnki.zncs.2021.19.024.

1