城市三维模型在地形图修测中的应用

于再辉 王方雄

摘  要： 本研究采集了瓦房店航空摄影测量数据并应用Smart3D制作其城市三维模型，使用清华山维（EPS）进行地形图修测。结果表明，在EPS软件对区域进行修测后部分地物发生改变，区域线划图发生巨大变化。

关键词： 地物;建模;修测;影像

中图分类号： TP79    文献标识码： A    DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.08.024

本文著录格式：于再辉，王方雄. 城市三维模型在地形图修测中的应用[J]. 软件，2019，40（8）：102104

【Abstract】： In this study， the aerial photogrammetry data of Wafangdian was collected and the 3D model of the city was made by Smart3D， and the topographic map was repaired using Tsinghua Shanwei （EPS）. The results show that some parts change after the EPS software repairs the area， and the regional line drawing changes greatly.

【Key words】： Terrain; Modeling; Repair; Image

0  引言

本研究是对辽宁省瓦房店市局部区域的三维模型对该地区的地形图进行更新。因此，在三维模型的建立过程中，航空摄影测量技术起着至关重要的作用，也是三维建模数据的主要来源。实景影像三维模型在可供快速直观浏览现实场景的同时，模型本身包含了真实的坐标、高程等地理信息数据，且实景影像三维模型的下视效果好，并且依据不同的项目需求，模型的精度可灵活控制，从而提取出实景影像三维模型中的有效地理信息，形成一种新的立体测图作业方法，将大大提高现有数据的利用价值，从而减少了原始数据的生产成本，提高了工作效率和生产效率[1]。

1  研究区域概况及资料准备

1.1  测区情况简述

测区为辽宁省瓦房店市局部区域，该区域位于东经122°，北纬39.62°。为温带季风气候;东北与西北方向地势偏高且被大面积林地覆盖;其他部分地势较为平坦;测区西方向居民地较多，并有多大面积农业用地主要以果园与玉米的种植为主;

1.2  已有测绘资料

以该地区1∶500比例尺DWG格式数据文件为例，两侧紫色边线为需修测区域范围线，如图1所示。

2  航空摄影测量数据采集及模型制作

2.1  像控點数据采集

像控点参照起算点的点位中误差应小于±5 cm，并且高程中误差不得大于±10 cm。当测区范围内，可识别的地物稀少时，可以优先选择井盖中心或者人工建筑物拐角点。若确实没有可识别地物，采用喷漆做控制点时应该在航拍前进行，以提高辨识度。布标的目标尺寸不应小于分辨率的15-20倍[2]。例如，分辨率为2厘米的影像，布标尺寸应为30-40厘米。

2.2  数据预处理

（1）原始影像下载以及预处理

使用全自动地面数据处理系统可将数据下载，下载数据完毕后可使用FANS对应飞行日志进行数据的检查，主要用来检查航线的完整性以及是否存在航摄漏洞、航摄影像上是否存在云、烟等遮盖地物的相关问题[3]。

（2）数据整理及加密区域划分

依据航空摄影影像数据情况及影像数据地理位置分布情况，结合工作站和处理软件的有效容纳能力，合理的规划测区，用以保证分区形状规则，分区间的旁向有4条航线的重叠，并且航向有不少于8个基线重叠[4]。

2.3  技术指标（以成果分辨率5 cm为例）

影像成图分辨率优于5 cm，三维模型分辨率优于5 cm，达到此要求，航空摄影应满足如下具体指标：

① 摄影地面分辨率GSD：确保正视角度的影像分辨率优于5 cm。

② 重叠度：确保航向不低于70%，旁向不低于70%。

③ 航高保持：根据GSD算得航高，在飞行过程中保证整个测区内相邻航片高差不得超过20 m，测区内分区之间高差不得超过航高的六分之一。当测区地形起伏较大时，应在航线设计中，采用分区域、分批次的飞法，以确保相片分辨率保持不变。

2.4  摄影范围

我方在目标区域上确定摄影范围。摄影范围的确定，应将目标区域的范围线，转换到作业需要的坐标系上，然后以成图边界为界限，整体外扩1倍的相对航高距离，以确保边界建筑物外立面的完整性。

按现有资料完整性，摄影范围的确定方法可分为影像图对比或现场踏勘：

① 影像图对比：利用已有影像图作为参考，在图上明确目标地物位置，将影像图作为底图，导入目标区域范围线进行摄影范围确定。此种方法适用于目标地区影像图已有的情况，可明确飞行区域的地物地貌状况，便于后期制定飞行计划。

② 现场踏勘：若没有测区的影像图资料，应采用现场踏勘的方式进行摄影范围的确认，以明确飞行区域的整体状况。

2.5  空中三角测量解算

数据预处理之后，进行空中三角测量解算（空三解算），确定区域内所有影像的外方位元素。采用Smart3D软件进行空三解算及后续的三维建模。

（1）空三解算

将包括像片数据和POS数据的数据导入后，直接进行无像控点的空中三角测量解算，进行内符合。当结果较好时，进行下一步，添加像控点;当结果不好时，再进行空三解算，直到结算结果具有较好的内符合精度[5]。

（2）像控点添加

无像控点空三结果合格时，对照外业测量数据，进行像控点的添加。在外业测绘的像控点中，按区域分块抽取一定量的像控点作为检核点，便于进行空三结果检验和模型检验[6]。

（3）结果检查

每一个测区解算完成时，都需要对解算结果进行检查，如果空三检查不合格，需要针对不同的问题进行分别处理，调整相应解算参数，确认控制点刺点片及刺点位置正确等[7]。

2.6  影像三维模型制作

在三维软件中将纹理贴图赋予瓦块模型，并替换保存;并将新生成的OBJ瓦块模型作为约束条件导入至测区加密区中，提交重建任务，完成成果输出。如图2所示。

3  内业修测编辑

3.1  模型加载

现将三维模型加载到清华山维软件中，dsm， dom数据的导入后便可进行地形图的修测工作;其中修测主要包含水系，居民地，交通以及管线，地貌，植被土质等大类[8]。

最终该区域dwg文件导入已加载完成的模型中，从而进行整体修测工作。

3.2  各类地物的修测

居民地与建筑物要素（如图3），交通要素大类（如图4）。

4  修测结果

在EPS软件中，对瓦房店市部分区域进行修测后，由于房屋，道路，水系，植被等地物的改变，线划图前后发生巨大变化。主要因素为道路的重新修建，多处原始地物发生更改。最终将修测完成的dwg文件数据导出，导出后具体情况如图5与6所示。

现根据修测前后两dwg文件对比可看出，该地区发生巨大变化;由于新建高速，多出建筑物及植被地貌等有巨大改动，西方向上多为农业用地与林地，变化较小[9]。主要变化以东南方向为主，各类地物变化数量如下表1所示。

实景影像三维模型有着良好的物理精度以及地表以上丰富的地理信息。对这些原始数据进行充分有效利用必然是未来的发展方向所在[10]，并且在实景影像三维模型上立体测图的作业方法更加直观简便，不需要作业员借助沉重的立体眼镜、脚踏盘等设备，减轻了作业员的负担并且大大提高现有数据的利用价值，从而折减了原始数据的生产成本，提高了工作效率和生产效率。

参考文献

[1] 曹琳. 基于无人机倾斜摄影测量技术的三维建模及其精度分析[D]. 西安科技大学， 2016.

[2] 李威， 李国柱. 基于倾斜摄影测量技术测绘地籍图的可行性研究[J]. 軟件， 2018， 12： 181-186.

[3] 陈青灵， 王可可. 城市大比例尺图像航测成图关键技术探讨[J]. 工程技术研究， 2017， 6[4].

[4] 孙杰， 谢文寒， 白瑞杰， 等. 无人机倾斜摄影三维建模方法研究[J]. 测绘科学， 2017.

[5] 刘尚武， 魏巍， 矫宇鹏. 三维模型的规格化表示与存储方法研究[J]. 软件， 2016， 37（4）： 29-31.

[6] 艾嘉豪， 朱大明. 无人机倾斜摄影测量在三维建模中的应用[J]. 软件， 2018， 39（6）： 192-195.

[7] 王家杰. 无人机低空摄影测量系统研究[D]. 哈尔滨工业大学， 2016.

[8] 张毕祥. 基于倾斜摄影测量技术在大比例尺地形图测绘中的研究[J]. 软件， 2018， 39（7）： 146-151.

[9] 汪淼. “数字大连”基础测绘数字线划图生产[J]. 地理空间信息， 2016.

[10] 张数， 杨德宏. 数字近景摄影测量的二维影像三维建模的关键技术应用[J]. 软件， 2018， 02： 133-138.