基于倾斜摄影建模的三维测图初探

王烽

摘要：对同一地物进行多视角倾斜摄影测量，并对倾斜数据进行相关处理操作后，就可以建立出三维模型。当模型精度很高时，利用模型进行三维测图就变成了一种可行方案。本文以倾斜摄影建立的高精度三维模型为基础，详细阐述了三维测图的操作过程，并对三维测图的精度质量进行了评价和总结，认为测图成果能够满足初步设计的精度要求。

关键词：倾斜；摄影测量；三维测图；三维模型

1.前言

倾斜摄影测量技术目前主要在三维数字建模领域得到较为广泛的运用，将该技术用于数字化测图领域仍是一种较为新鲜的尝试。当倾斜摄影测量建立的三维模型精度较好时，三维测图的平面精度完全可满足航测规范要求。若同时与激光点云技术相结合使用，能在平面与高程上均达到较好的精度效果[1]。本文的主要研究内容是基于倾斜摄影测量建立了该片区的高精度三维模型，在此基础上进行三维数字化测图和成果质量分析。

2.三维测图

2.1三维测图特点

三维数字测图是测图行业一个革命性的新技术，它的主要特点如下：

（1）高效率成图，大幅度削减外业劳动量。与地图测图相比，无须仪器野外采集细部点，省去了80%以上的外业采集和调绘工作；与立体测图相比，无须屋檐改正，省去补测高程点；如果模型足够清晰，地物遮挡不严重，基本无调绘补测。

（2）裸眼成图，所见即所得，提高成图质量。

（3）室内作业为主，降低劳动强度和生产成本，无须考虑天气等影响因素，缩短成图周期。

2.2立体测图系统

MapMatrix Grid作为航天远景最新一代的网络版数字摄影测量系统[2]，具有非常强大的应用功能拓展。该系统可兼容来自多种飞行平台的摄影测量数据，并生产出符合基础测绘标准的4D产品。该系统的优势在于作业过程自动化、数据处理海量化、采编入库一体化等，目前该系统的成熟度和应用方向在不断地完善。可预见将广泛运用于城市规划、测绘遥感和水利电力等方面。

2.3三维测图实验流程

三维数字化测图实验主要使用MapMatrix Grid系统中的特征采集处理专家grid软件。下面将详细介绍三维测图的主要实验流程：

2.3.1模型定向

此次实验输出的模型为OSGB格式，需要建立索引才能显示模型。建立索引时选择的目录为存放瓦片文件的文件夹，而不是单个瓦片文件。生成索引成功后，在该文件夹下会出现MultiFoderReader.osgb文件，此文件即为索引文件。建立好索引后，确定下坐标北方向进行模型定向，即可生成定向后的模型索引文件，坐标路径选择坐标原文件xml文件。经过上述步骤，三维立体模型的定向工作完成，可直接用于测图。

2.3.2加载倾斜视图

选择视图菜单，加载倾斜摄影视图，选择定向后的模型索引打开模型。此时，若模型范围与工作区范围不一致，可以点击工作区，设置矢量文件参数为倾斜数据范围，即可将倾斜模型加载到工作区范围中，两者范围一致且同步。

2.3.3三维测图

加载完模型后即可在模型上进行地物采集（见图1），根据测图精度的要求选择合适的地形地物进行矢量数据采集。采集过程中，还可以根据地物类型选择属性，按照属性类别批量采集矢量数据。采集建筑物时将采集线点击到房屋立面上，可自动进行房檐改正，同步记录相关数据。

根据三维测图的用途和精度要求，对相关地物、地貌进行数据采集，获取和传统地形图测绘一致的特征点数据文件，然后绘制成图，形成完整的地形图。

2.3.4检查点检核

打开MapMatrix3D软件，加载工程以后进行自动置平，点击绝对定向按钮，将控制点与检查点的坐标信息一起导入软件中，然后进行刺点。在每一次刺点结束时，都可选择是否将该点设置为检查点。一般控制点需要刺4个以上，剩余的点作为检查点使用。全部刺点完成后进行绝对定向，绝对定向成功[3]后可输出点位精度报告。若精度不满足要求，需要重新刺点或者检查是否控制点数据输入有误，直至精度合格。

3.三维测图成果精度分析

为验证三维测图的精度及与传统测图方法的成果对比，同步用RTK和全站仪对该区域进行了地形图的测绘工作，得到了该区域的实测矢量。RTK和全站仪作为大比例测图的常用方法，测图精度高。本次实验中以实测的地形图作为标准，将三维测图成果与实测矢量进行对比分析。

3.1三维测图成果检查

三维测图的基础就是三维模型，当完成高精度三维建模后，为确保该模型在当地坐标系下，且没有发生缩放或旋转，可用实测矢量进行叠加检核。

首先将三维模型与实测矢量进行同一坐标系下的叠加[4]工作，如图2所示。经检查，确认地物轮廓套合较好，三维模型与实测地形图处于同一坐标系下，且无缩放等形变。

然后将三维测图成果与实测矢量叠加，如图3所示，整体套合结果较好，基本重合。经检查，部分墙体边缘线略有误差。因为外业采集时为了方便RTK设备接收信号，建筑物的采集均在楼顶进行，采集的点位为房屋内角数据。而三维测图时，采集的数据为房屋模型的外轮廓，因此墙体厚度带来了一定的误差。

3.2控制点与检查点精度

检查控制点与检查点的误差情况，选取了部分控制点精度数值如表1所示。

可以看出，其中2号点的点位偏差最大。经检查2号点所在位置的三维房屋模型房角点扭曲模糊（见图4），导致刺点时无法精准。其余大部分点位的平面精度在5cm以内，高程精度也在10cm以內，能够满足工程初步设计的使用需求。

由于航拍的时间与外业测量时间并不一致，时间差也可能导致误差的出现。总体来说，基于倾斜摄影的三维测图精度较好。当影像质量较好且控制点方案合理时，可以保证模型较高的精度，而模型的精度直接决定了三维测图的精度。当测图要求较高时，需进行一定的外业补测，以保

证测图精度[5]。

4.结论与展望

上述实验看，基于已建立的三维数字模型，可以进行三维测图，并且测量的精度能够满足小比例测图要求，在大数据统计和初步规划设计时可以提供较为可靠的数据。目前国内已有多家公司发布了基于倾斜摄影的三维测图软件系统，如清华山维的EPS地理信息工作站、武汉航天远景的MapMatrix系统、武汉天际航的DP-Modeler系统[6]等。由于我国倾斜摄影技术发展较晚，在倾斜摄影测图方面并未有统一的标准和相关的测量规范，目前市面上的倾斜应用均是依靠工程经验和行业共识进行生产的，三维测图仍有较大的进步和发展空间。

参考文献：

[1]赵小阳，孙松梅.无人机倾斜摄影支持下的1∶500高精度三维测图方案及应用[J].测绘通报， 2019（07）：87-91.

[2]杨彦梅，施磊，张守敏，姚鑫鑫.基于倾斜摄影测量的三维数字测图实验研究[J].地矿测绘， 2017， 33（01）：25-27.

[3]郑华，齐东宏，陈向阳，刘书冬.倾斜摄影三维模型测图与传统摄影测量测图试验分析探讨[J].测绘技术装备， 2018， 20（04）：81-83.

[4]杨彦梅.基于倾斜摄影测量的三维数字测图实验研究[A].云南省测绘地理信息局、云南省测绘地理信息学会.云南省测绘地理信息学会2016年学术年会论文集[C].云南省测绘地理信息局、云南省测绘地理信息学会：云南省科学技术协会， 2016：8.

[5]朱俊锋.利用倾斜影像进行三维数字城市重建的关键技术研究[D].武汉大学， 2014.

[6]曹帅帅.无人机倾斜摄影测量三维建模的应用试验研究[D].昆明理工大学， 2017.