基于动力三角翼低空摄影测量技术的三维建模方法研究

2015-04-17刘丽娟李胜天

江西测绘 2015年4期

关键词：三维建模

刘丽娟　熊　文　李胜天

（江西省煤田地质局测绘大队　江西南昌　330001）

基于动力三角翼低空摄影测量技术的三维建模方法研究

刘丽娟熊文李胜天

（江西省煤田地质局测绘大队江西南昌330001）

摘要：通过利用动力三角翼低空摄影测量技术获取高分辨率正射影像图和DEM数据，利用ArcGIS和SketchUp相结合，实现了对地形和地物数据相结合的快速三维建模。实验证明该方法可行。

关键词：低空摄影测量；数字高程模型；正射影像图；三维建模

1　引言

鉴于目前对三维景观建模的方法研究，有通过专业的三维建模软件实现的，有利用传统的GIS数据进行三维建模的，第三种是通过利用航测技术进行三维建模。每种方法都各有特点。利用第一种方法的能对城市的结构和材质特征比较逼真的表示出来，但是没有具体的地理信息，第二种方法传统的GIS数据不能对城市细节表现出来，视觉效果不好。利用航测方法能实时获取清晰的数据，对地物地形及其变化能更加具体的描述，因此本文初步探讨利用航测方法进行建模。

2　基于INPHO的动力三　角翼低空摄影的数据解算

随着数码相机技术的发展和应用，低空摄影测量技术的研究与应用已成为必然趋势，它是一种基于数字信息和数字影像技术的数据获取手段。低空摄影测量是一种采用轻小型飞行器的，可使用但不依赖机场起降的，相对航高较低，一般在2000米以下，采用2000万像素以上的小像幅数码相机为传感器进行航空摄影测量工作。

2.1低空摄影作业流程

（1）首先获取基于POS辅助空三加密的影像数据。数据采用动力三角翼低空航摄获取。相机为RolleiP65+型数码相机，焦距51.565mm，航向重叠65%，旁向重叠35%，航摄比例尺1:15000。

（2）POS数据解算。利用GRAFNAV软件将获得的GPS/IMU数据进行解算，得出比较准确的相机拍摄位置。结合飞行记录里的姿态角（已经过云台纠正），得到照片的初始6个方位元素：X，Y，Z，W，P，K。再将其坐标参数X，Y，Z通过参数转换，将已有的WGS84坐标系转换到所需的坐标系西安1980坐标系。

（3）内业空三加密

由于数据有加载GPS/IMU，利用INPHO进行GPS/IMU辅助空三加密。INPHO软件采用新一代光束法二次平差，能过得到更好的数学模型和平差结果，测区平差可靠，精度高。

加密分为两种模式：第一种，绝对定向方式，即要求空三开始之前就加入地面控制点和检查点。第二种。相对定向方式，即不要求地面控制点和检查点，空三完成后再进行绝对定向，一般用于无控制点或者控制点不好做，影像质量不好时。加密后的各种限差具体取值如表1。

2.2DEM制作和特征数据采集

数字地形模型（DigitalTerrainModel，简称DTM），是描述包括高程在内的各种地貌因子，如坡度、坡向、坡度变化率等因子在内的线性和非线性组合的空间分布。

INPHO模块之一DTM/DSM生产——Match-T，具有精确、高效、全自动化的功能。

建立DEM的方法有多种，本文根据低空摄影获取的影像，通过数字摄影测量途径获取。

1）从航空或卫星影像中全总动化提取DSM/ DTM，为整个测区影像生成无缝模型。

2）通过先进的智能多影像匹配技术和有效的数据滤波，实现高精度和可靠性。

3）通过已有地形地貌数据参与以提高结果精度，所有影像重叠区均参入计算。

4）可以根据需要设定自定义区域，整合DTM工具包（合并、分幅、格式转换等）。

2.3DEM数据编辑

通过以上方法提取DEM数据进行检查编辑，对建筑物、水域、树木上的DEM点进行编辑处理，使其落于地面上。

2.4数字正射影像图制作

利用已编辑的DEM数据制作正射影像图。数字正射影像图影像地面分辨率：0.1米。对正射影像作匀光匀色处理。单个测区生成DOM后，对每个模型的正射影像进行检查，对个别色调差别大的影像进行单独处理。再选择出颜色质量好的，接近整体效果的影像为主影像，以它为参照进行匀光。

3　地形和建筑物三　维建模

Arcgis具有很强大 GIS三维功能，利用其ArcScene模块可以直接添加显示三维数据，叠加影像数据和矢量化数据，可以对矢量数据进行拉伸，从而达到很直观的三维效果。也可以进行相关的3D分析，生成坡度坡向等。GoogleSketchUp软件能迅速的对建筑物进行三维构建、显示和编辑。其建立的3D模型数据可以导出多种数据格式，能与GIS软件兼容，参与3D空间分析。

本文利用 ArcScene对地形数据建模和SketchUp对建筑物建模相结合。

3.1地形的三维建模

地形建模是用于表达地面起伏形态，包括数据和地表纹理。其方法是可以通过利用三维

点云数据生成 TIN（TriangulatedIrregular Network，不规则三角网）或者DEM，在叠加正射影像数据作为地表模型的纹理数据。

本文通过低空航摄获取到高分辨率正射影像图和DEM数据，通过转换DEM格式，在ArcScene中加载DEM数据，生成TIN模型，加载正射影像图作为该地表模型的纹理叠加到该模型上，实现地形的三维建模，如图1所示。3.2建筑物的三维建模

建筑物的建模可以大致分为几种：大区域的建筑物群时，要分类建模；城市片区的内部建筑物以简单纹理体块表示；街边路边的要在主体建筑物上添加纹理，增强真实感；结构复杂或者有重要标志性的建筑物可以单独建模。本文的数据属于小区域的城市内部建筑物，利用ArcGIS结合SketchUp建模流程概括：

（1）使用ArcGIS桌面，即ArcMap加载矢量数据，即特征数据采集的房屋三维数据。

（2）在ArcMap环境中，利用SketchUp插件工具，将所需要建模的区域导入SketchUp中。

（3）在SketchUp创建模型，对建筑物添加相应的纹理。对于复杂的建筑物的外表比如门窗等框架结构复杂图案，可以利用纹理映射方法模拟这些细节，可以提高速度和减少数据量。

（4）在 SketchUp中将模型转成 ArcGIS的Multipatch模型要素文件并保存于Personal GeoDatabase（.mdb）中。

（5）在 ArcScene中将的房屋三维模型（Multipatch数据图2（b））加载到图1地形三维模型数据中，得到了建筑物结合地形的三维模型。如图3所示。