倾斜摄影三维模型的房檐改正方法分析与精度评估

俞建人，李 涛，申淑娟

(1. 新昌县地理信息中心，浙江 绍兴 312500； 2. 江苏易图地理信息科技股份有限公司，江苏 扬州 225000；3. 浙江省测绘科学技术研究院，浙江 杭州 310012)

倾斜摄影三维模型的房檐改正方法分析与精度评估

俞建人1，李 涛2，申淑娟3

(1. 新昌县地理信息中心，浙江 绍兴 312500； 2. 江苏易图地理信息科技股份有限公司，江苏 扬州 225000；3. 浙江省测绘科学技术研究院，浙江 杭州 310012)

利用倾斜摄影技术生成的实景三维模型一般都仅仅作为一种浏览演示的方式，使用方式较为粗糙单一，其成果并没有真正应用到常规测绘产品生产的各个环节。本文对一种利用倾斜摄影三维模型的房檐改正方法进行了分析与精度评估。在已有倾斜摄影快速建立三维模型的基础上，采用建筑物立面散点正交原理直接对倾斜摄影三维模型居民地区域进行去房檐采集。该方法提供了一种全内业测图的模式，对地形图生产方法的改进具有重要意义。

倾斜摄影三维模型；立面散点正交原理；房檐改正；精度评估

倾斜摄影技术以高清、实景的三维可视化方式感知城市真实场景，在我国的城市基础地理信息数据建设中有着极大的发展潜力和空间。近年来，我国城市化进程加速，三维实景模型在城市规划建设、城市管理信息化中得到了广泛应用，倾斜摄影技术在国内得到爆发式发展。但利用倾斜摄影技术生成的实景三维模型一般仅仅作为一种浏览演示的方式，其成果并没有真正应用到常规测绘产品生产的各个环节。

在浙江省城市级1∶500地形图生产中，因精度要求高，传统上一般采用外业实测方法成图，大规模采用航测方法进行1∶500地形图成图难以满足浙江省有关规范要求。其中浙江省地形图的居民地房檐改正值ΔL檐均利用外业实测方法获取，一般利用滴水线法、垂线法、全站仪实测法等。由于外业方法存在成本高、效率较低等缺点，该方法的研究与精度评估具有重要意义。

本着创新成图方法与工艺流程的前提，本文提出一种基于倾斜摄影三维模型的房檐改正方法，并对其进行精度评估。该方法直接在倾斜摄影三维模型中对建筑物立面进行去房檐采集，常规房屋精度中误差ΔS房一般包含房屋初采集误差ΔS采、房檐改正误差ΔS改，即ΔS房=ΔS采+ΔS改。该方法采集的房屋直接消除了房檐改正误差ΔS改的影响，提高了房屋精度。与外业实测相比，采集精度能够满足浙江省1∶500地形图精度要求，效率较高，具备全内业测图的潜力。

1 倾斜摄影三维模型

倾斜摄影技术通过从1个垂直、4个倾斜，即5个不同的视角同步采集影像，获取到地表建筑顶面及侧视的高分辨率影像数据，能够真实反映地表情况，高精度地获取物方纹理信息，通过先进的多视匹配、快速建模、纹理映射等技术，建立真实的倾斜摄影三维模型。如图1所示。

图1 倾斜摄影

利用传统的单基匹配模式难以在海量的倾斜影像上提取建模所需的同名点，随计算机视觉发展起来的多基多视多角度影像匹配，通过利用多视多角度倾斜影像上的矢量特征信息如地形地貌边缘、建筑边缘和纹理来确定地物的三维表征特性。

在确定地物立面信息时，通过设置多样化权重，将地物立面信息分为多重类型，获取地物的立面模型；再对立面进行几何重构，获取地物的高度信息和边缘信息，建立白模。

根据倾斜摄影技术原理实现从同一空间位置的倾斜影像中提取出建筑物立面几何结构信息，并采用同一空间位置其他倾斜影像与正视影像数据进行纹理信息配准，实现倾斜摄影三维模型的纹理映射。如图2、图3所示。

图2 实景三维模型(某小区)

2 基于倾斜摄影三维模型房檐改正原理

1∶500 DLG生产中工作量最大的是房檐改正，房檐改正是否正确将直接影响地形图的平面精度。

图3 三维模型+三角网(某小区)

常规立体采集的建筑物结构一般由长L顶长、宽L顶宽、高L顶高构成，以某一房脚点原点O构成了以房屋为主体的物方空间直角坐标系S。其真值可确定为长L真长、宽L真宽、高L真高。如图4所示。

图4 建筑物结构及属性空间示意图

假定目标房屋对边房檐改正值ΔL檐相同，则有

(1)

常规外业实测采集房屋时，通过滴水线法、垂线法、全站仪实测法等，利用式(1)计算出ΔL檐1、ΔL檐2，由内业编辑人员对房屋数据进行房檐偏移改正。

本文利用快速建模完成的带有实际地理位置坐标的倾斜摄影三维模型数据，采用立面散点正交原理直接采集去除房檐的房屋边线，无需计算ΔL檐1、ΔL檐2，直接实现常规意义上的房檐改正。

由于常规房屋相邻边线之间存在水平特性、平行特性、直角特性及等距特性，同时从房屋立面角度来看，墙面之间、墙面与屋顶之间同样具有以上特性。这些特性条件是本文基于倾斜摄影三维模型房檐改正方法的基础。

图5中，左右两个面分别为目标房屋相邻墙面立面示意图，假定长边L1与短边L2为目标房屋两条相邻房屋边线，A点为立面1中采集的首点，B点为立面1中采集的第2点，C点为立面2中采集的第3点。

图5 建筑物立面散点正交原理

A点与B点不一定在同一高度，因此，以A点在长边L1上的垂足A′的所在高度为房屋采集的基准高，B点在A点所在的水平线上的垂足为B′。同理，C点在以A点所在高度为基准高的水平线上的垂足为C′，直线AC′与直线O1C′相交于O1点。

由于立面1与立面2为相邻墙面，因此有

则有

AO1⊥O1C′

根据以上立面散点正交原理，在目标房屋上依次采集剩余的第4点、第5点，同理可得立面2与立面3间的正交点O2，立面3与立面4间的正交点O3，立面4与立面1间的正交点O4。

正交点O1、O2、O3、O4构成的面，即为目标房屋实际占地边线，也就是去除房檐后的实际房屋面。如图6所示。

图6 建筑物房檐改正

3 房檐改正试验

3.1 数据分析

试验数据范围选取新昌1∶500地形图生产项目范围内新昌城东达利广场圈、城西七星中心区及旧城区世贸广场商圈等，采用倾斜摄影制作的快速建模三维模型中采集去除房檐的房屋，与试验区实测房屋数据进行房檐改正精度对比。

提供的用于房檐改正的数据成果包含:①三维模型成果(OSGB格式)；②12幅图试验区实测数据。

3.2 改正方案

加载试验区倾斜摄影快速建模三维模型成果(*.osgb)，如图7所示，选取目标房屋，在目标房屋上依次采集第1点至第5点，根据建筑物立面散点正交原理，自动生成目标房屋墙面之间的正交点O1、O2、O3、O4，自动闭合构成房屋面。

图7 倾斜摄影快速建模三维模型

采集时需注意在选取立面散点时，应选取立面上平整无凸起的区域，减小因快速建模出现的立面mesh面片精度误差造成的采集误差。

利用上述采集方法在选取的试验区内随机采集房屋，并将采集的房屋角点坐标进行记录。采集完成后，在试验区实测数据中将对应实测房屋的角点坐标也进行记录，同时外业随机对房屋进行房檐改正复核检测，为精度评估提供原始数据。

4 精度评估

4.1 测试比对

本次试验共采集房屋43栋，合计角点172个，将采集结果与试验区实测数据进行对比，精度对比结果见表1。

4.2 复核比对

本次复核比对采用内业提供的七星社区全部倾斜三维模型采集的房屋数据，外业在七星社区范围内随机采集房屋角点，剔除明显粗差点后，合计角点419个，将采集结果与外业复核检测数据进行对比，复核对比结果见表2。

根据浙江省标(DB33/T552—2014)及新昌项目设计具体要求，其地形图平面精度要求见表3。

以上测量结果为新昌地方坐标系坐标，与实测点进行比对后形成最终的中误差。从表1和表2可以看出，在倾斜摄影三维模型精度满足设计要求的情况下，通过立面散点正交原理去房檐采集的房屋角点位置精度可以满足新昌项目1∶500地形图的平面控制精度要求。

表1 倾斜三维模型采集测试精度对比表 m

表2 倾斜三维模型采集外业复核精度对比表 m

表3 地物点相对邻近控制点的点位与间距中误差 m

5 结 语

本文以建筑物立面散点正交原理为理论基础，以基于倾斜摄影三维模型的房檐改正方法为技术手段，采用三维模型直接进行去房檐房屋的采集工作。

对直接采集的去房檐房屋角点、实测数据和复核检测数据进行定量对比分析后发现，基于倾斜摄影三维模型的房檐改正方法能够满足浙江省1∶500地形图生产中的平面精度要求；同时省去了外业采集房檐改正值的繁琐工作，消除了房屋精度中的房檐改正误差，能够大大提升1∶500地形图的成图效率及成图精度。

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Analysis and Accuracy Evaluation of Eave Correction Based on Oblique Photography 3D Model

YU Jianren1，LI Tao2，SHEN Shujuan3

(1. Xinchang Geographic Information Center, Shaoxing 312500, China; 2. Jiangsu Easymap Geographic Information Technology Co.Ltd.， Yangzhou 225000, China; 3. Zhejiang Academy of Surveying & Mapping, Hangzhou 310012, China)

3D model, generated by oblique photography technology generally, is usually used as a way to browse the demo nstration. Its usage is simple and crude. Thus, the results are not really applied to each link of conventional surveying and mapping production. This paper studies the accuracy evaluation for method of eave correction based on oblique photography 3D model.On the basis of the exised oblique photography 3D model,we use the facade messy point orthogonal principle to correct the eaves of oblique photography 3D model of residential area. This method provides a kind of intra industry mapping model, which is of great significance to the improvement of topographic map production.

oblique photography 3D model; the facade messy point orthogonal principle; eave correction; accuracy evaluation

俞建人，李涛，申淑娟.倾斜摄影三维模型的房檐改正方法分析与精度评估[J].测绘通报，2017(5)：75-78.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0158.

2017-03-10

俞建人(1963—)，男，工程师，主要从事测绘与地理信息管理及工程测量工作。E-mail:385139085@qq.com

P237

A

0494-0911(2017)05-0075-04