基于Smart3D的山西工程职业学院唐槐校区三维实景建模研究

2019-08-26董阳武

山东工业技术 2019年22期

董阳武

摘要：利用无人机倾斜摄影测量技术进行快速三维实景建模，是测绘地理信息热点方向之一，具有速度快、精度高、过程自动化等特点。本文以山西工程职业学院唐槐校区东北角为试验场地，利用Phantom 4 Pro无人机获取倾斜影像数据，Smart3D 软件生成满足1：500大比例尺测图标准的三维实景模型，并对成果精度分析验证，总结了建模过程中关键技术要点和潜在问题，取得了一定成果。

关键词：倾斜摄影测量;三维实景建模;Smart3D;精度分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.22.083

1 引言

随着无人机技术的快速发展，无人机倾斜摄影三维建模正成为较为火热的研究领域。该方式具有自动化程度高、效率高、精度高、灵活、成本低的特点，弥补人工建模的诸多不足。该建模方式受到越来越多的关注和发展[1]。

Smart3D 软件是我国广泛使用的倾斜摄影建模软件，能在无需人工干预的情况下自动建立城市实景三维模型，具有科学的计算机视觉三维重建过程，经过空三加密、点云匹配、纹理映射等流程环节，自动化、高精度地完成三维重建[2]。此外，美国的Photomesh、瑞士的 Pix4D Mapper、俄罗斯的 Photo Scan等软件均是在世界上享有盛誉的倾斜摄影测量软件。

本文以山西工程职业学院唐槐校区东北角为试验场地，利用Phantom 4 Pro无人机获取倾斜影像数据，用Smart3D 软件进行三维实景生产，用南方 RTK仪器在试验区测量30个检测点坐标高程值，用实测数据与模型采集数据对比分析，对试验结果进行精度评定。并总结了建模过程中关键技术要点和潜在问题，取得了一定成果。

2 三维实景数据生产

2.1 测区基本概况

此试验区为山西工程职业学院唐槐校区东北角。试验区主要有图书馆、体育场、部分学生及教职工宿舍、部分教学楼等建筑，地物类型较多，难易程度适中，适合三维建模试验。经纬度坐标范围为 112.6031°E～112.6075°E，37.6778°N～37.6806°N。如图1所示。

2.2 技术路线

具体技术路线如图2所示[3]。

2.3 无人机外业航飞

本文试验于 2018 年4 月24日进行了航飞作业。采用Phantom 4 Pro无人机，相机型号为FC6310，传感器大小为12.8mm，相机焦距为24mm，航向和旁向重叠度均为80%，地面分辨率为2.47cm 。本次试验获得312张带POS坐标的倾斜影像。布设控制点5 个，坐标系统为西安 80，1985 国家高程基准。

2.4 Smart3D建模

将POS数据、倾斜影像、地面控制点导入 Smart3D工程进行空三加密，使用 POS 数据平差，软件自动进行相机校验和像片模型相对定向。将控制点具体位置标定在相关影像上。第二次空三，使用控制點平差，进行模型绝对定向。经过空三加密后获得密集点云，构建不规则三角网TIN，生成白模，完成纹理映射，生成实景3D模型[4]（图3）。

3 精度分析

3.1 空三精度评价

空三精度决定3D模型质量，需对空三进行精度控制和分析。本次试验使用控制点5个。5个控制点X 坐标中误差为0.004m，Y 坐标中误差为0.008m，平面中误差为0.009m;高程中误差为0.001m;重投影均方根中误差为0.31px;3D 中误差0.009m。精度达到要求。

3.2 模型精度评价

为了检验模型精度，测区选用30个地物点，用RTK实测其坐标高程值。对检测坐标和三维模型采集点获取坐标对比，进行精度评定[5]。评定公式为：

其中，M为成果中误差;n为检查点总数;为较差。对检查点采集值和检测值较差波动分布统计，、和分别在-0.08～0.09m、 -0.07～0.10m和-0.09～0.06m之间波动，平面中误差为0.06m，高程中误差为0.05m，满足1：500地形图成图精度要求[6]。

4 成果及关键技术问题总结

（1）此技术方法具有速度快、成本低、自动化程度高、模型精度高、纹理清晰等优点，能完全满足1：500比例尺地形图成图精度要求。

（2）有时Smart3D空三计算失败，可能由于影像畸变能力较弱，相机校准参数偏离真值等问题[7]。可以采用其他软件比如photoscan空三加密，成果导入 smart3D进行高精度自动化的三维建模。

（3）为获得较好的3D模型和表面纹理，应使航带具有合理的航向重叠度和旁向重叠度[8]。

（4）对于摄影盲区和河流湖泊的建模等常会出现空洞区域，需导入第三方修模软件（比如Meshmixer、3DMAX）进行处理优化。

参考文献：