倾斜摄影实景三维模型的检查验收方法探索

张桂英

（辽宁省检验检测认证中心-辽宁省测绘产品质量监督检验站，辽宁 沈阳 110034）

0.引言

近年来，测绘成果搭上了数字化这趟快车，无论是生产还是应用都发生了天翻地覆的变化，传统的生产模式早已被新兴的、快捷的生产模式所取代，正如本文所要讨论的倾斜摄影所成的实景三维模型一样，模型为使用者提供了多角度的影像资料，实现了“无处不三维”。当前生产倾斜摄影实景三维模型是通过倾斜摄影在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从垂直、倾斜等不同的角度采集影像[1]，可以实现建筑物的正射影像与其立面纹理的倾斜影像相结合[2]，利用相应建模工具，可进行自动化纹理映射与自动三角网构建，在快速三维建模、高精度三维建模上具有广阔的应用前景，能够有效地降低城市三维建模成本[3]。相对于传统三维模型，建模速度快，建模效果逼真等优点。

倾斜摄影实景三维模型目前还是一项较新的技术，虽然生产已经开展得如火如荼，但是有关的质量控制和检查验收的标准还没有明确的依据，现有的相关的质量检查标准相对于倾斜摄影实景三维模型来说，有些是不适应的，为了顺应新产品的特点，我们参考现有规范，对产品质量的检查验收进行了研究。

1.倾斜摄影实景三维模型生产

目前用于倾斜摄影实景三维模型生产的航空摄影仪依照不同地形类别，主要可分为瑞士产RCD30、我国产SWDC-5，焦距为50mm（下视传感器）和奥地利UCOP 焦距为80mm（下视传感器）等两种；目前能够用于生产倾斜摄影三维模型的软件较多，其中以Smart3D、Pixel Factory、Street Factory、SKYline 等为代表的生产软件，其生产的流程大体（如图1 所示）：

2.倾斜摄影实景三维模型检查验收

倾斜摄影和实景三维模型是新型的数字测绘成果。倾斜摄影脱胎于框幅式的航空摄影，能够提供包括下视影像在内的5 个视角的原始影像，使生产实景三维模型有尽可能多的影像选择。因此，倾斜摄影成果不但要满足框幅式航空摄影的所有要求外，还要满足相邻像片和航带之间的重叠度至少要在70%以上的要求。

然而在检查验收的过程中，最终判定成果合格与否，要通过对实景三维模型的各项质量指标来确定。

2.1 倾斜摄影实景三维模型的检查验收的各项参数

规范对项目的检查验收来说，在满足基本条件下参照执行，况且对目前国家没有完全针对性的规范，参考CH/T 9024-2014《三维地理信息模型数据产品质量检查与验收》，基本可用空间参考系、位置精度、表达精细度、逻辑一致性、属性精度、时间精度、场景效果、附件质量[4]作为检查验收的参数。

探索实景三维模型检查实践中，参考执行了现有规范中适应当前产品检查的条款，调整了不适应当前产品的主要技术指标，确保了检查验收工作的严谨性、完整性。

2.1.1 主要技术参数的调整

2.1.1 .1 位置精度检查参数的调整

图1 倾斜摄影实景三维模型生产流程图

现有规范中位置精度检查包括平面位置精度、高度精度、模型间相对位置、模型自身相对位置四项参数检查，通过实践发现，平面位置精度的检查是毋庸置疑，但高度精度检查明显不适应于实景三维模型的检查，我们知道，倾斜摄影实景三维模型的特点是“无处不三维”，而仅对模型的建筑物高度进行考量，显然是片面的，地面高程的精度也应是模型考量的一部分，只有对模型的平面位置和包括地面、建筑物等高程精度进行检查才能符合倾斜摄影三维模型的特点，因此规范中的“高度”精度检查调整为模型整体的高程精度检查。

通过对抚顺市建成区内同一幅图的地面高程和建筑物高程分别统计中误差也表明，将同一地区地面高程和建筑物高程精度统一进行统计是科学的、可行的。这为将“高度”精度统计调整为"高程"精度的统计提供了有力的证据。同一幅图的地面高程点和建筑物上高程点，分别统计高程中误差，统计结果（如表1 所示）：

表1 地面和建筑物上高程点中误差统计表

倾斜摄影实景三维模型的生产，是经过恢复航空摄影的姿态、空三加密、建立白膜数据、整体的纹理映射，使模型成为刚性的整体，模型间的相对位置和模型自身相对位置变形可以忽略不计，因此考量实景三维模型位置精度也就是考察平面位置和高程位置精度。

2.1.1 .2 表达精细度检查参数的调整

规范中表达精细度包括地形精度、DOM 精度和TDOM 精度、模型精细度、纹理精细度，而实景三维模型生产的手段已经发生了根本性的改变，模型是一“刚性”的整体，实景三维模型内部的单模型与单模型之间相对关系就如一幅带有地形模型的“DOM”，同时又兼有“传统模型”的特性，因此，“三维模型”的变形、“空洞”和“DOM”的色彩、噪声、信息是否丢失等可以作为考量表达精细度的指标。

2.1.1 .3 场景效果检查参数的调整

规范中规定的“场景效果”是指传统手段生产三维模型所需的“大场景”的概念，传统的模型是需要有“大场景”作为依托来展示的，为适应倾斜摄影实景三维模型产品特点，将场景效果检查调整为完整性检查。即（1）检查场景覆盖的范围是否可以满足要求；（2）检查场景内部覆盖是否完整，是否有漏洞等。

其余逻辑一致性、属性精度两项检查本次生产任务没有涉及，故不做检查项。

综上所述，倾斜摄影实景三维模型的检查验收参数确定为空间参考系、位置精度、表达精细度、时间精度、完整性、附件质量。

2.2 倾斜摄影实景三维模型的检查验收的关键点

2.2.1 抽样方案的确定

按照检查验收的规定，抽取样本是在组成检验批和确定样本量的基础上完成的。为了方便质量问题、精度统计，统一衡量尺度，引入了“比例尺”的概念。本次航摄的摄影分辨率为0.08m，可以满足1∶1000 比例尺的成图要求，但是为了提高有效检测结果范围，也参考了行业上应用的特点，稳妥起见，我们选择了1∶2000比例尺，作为精度的检查质量评定依据。依据GB/T 18316-2008《数字测绘成果质量检查与验收》，本次检查验收抽样详细情况（如表2所示）：

表2 检查验收抽样详细情况表

2.2.2 精度指标的确定

精度统计是数字测绘成果的重要环节，各种应用均来自对成果的“定位”这一基本要求，然而误差来源于生产的各个环节对于精度的损失，数字测绘成果存在的误差要控制在合理的范围内。考虑到数字三维模型与数字高程模型DEM、数字正射影像DOM 的相近性，数字三维模型同时包含地表的平面信息和高程信息，在充分论证的基础上，平面精度统计参考数字正射影像的方法进行，高程精度统计参考数字高程模型的方法进行，因此平面位置精度需要满足0.6mm（在1∶2000 比例尺的图上），高程精度要求要满足0.75m，困难地区（如林区、摄影死角、阴影覆盖隐蔽区等）的中误差放宽0.5 倍，两倍中误差为最大误差。

2.2.3 位置精度的检查方法

为了能对实景三维模型进行检查，在SKYLINE 平台上二次开发了“三维多源遥感数据成果质检平台”，平台界面（如图2 所示）：

图2 三维多源遥感数据成果质检平台

精度比对检查采用“三维多源遥感数据成果质检平台”进行检查。检查方法为：

利用野外采集平面和高程位置数据，在三维多源遥感数据成果质检平台下套和模型中同名点比较平面和高程位置，检查实景三维模型的平面和高程的位置精度。

检查数据采用全野外数据采集，所需仪器采用RTK+全站仪，平面采集点位为楼角（有女儿墙的在墙顶）、花坛池角等有明确的位置，高程点点位包括楼角（有女儿墙的在墙顶）、花坛池角、路面、桥面、堤顶等。采集点位数量要求符合1∶2000 比例尺的要求。

在18 幅样本中选取4 幅图进行平面位置检测：共采集150 个明显地物点，按幅统计地物点点位中误差，4 幅图中最大地物点点位中误差为±0.23mm，未发现粗差。高程检测共采集139 个高程点，按幅统计地物点点位中误差，4 幅图中最大高程中误差为±0.54m，未发现粗差。平面和高程精度均满足设计要求。

目前这个平台已经完成了多个任务区的检查验收工作，对于实景三维模型的质量控制提供有力的工具保障。在这个平台上复核检查了成果的空间参考系、位置精度、表达精细度、逻辑一致性、时间精度、完整性，人工复核了各种文档资料，即附件质量。

3.关于倾斜摄影实景三维模型质量的思考

倾斜摄影实景三维模型能够从无到有发展到今天，是历经数次技术革命的结果，从目前的成果看，仍然存在着不尽人意之处，如模型的“空洞”、“变形”、垃圾数据等，对于模型精细度检查考量是评价三维模型的核心指标，目前受制于当前生产技术、软件计算等，较难形成普遍一般性的评价标准，即指标量化。当前评价模型精细度主要通过对模型整体是否缺失，重要模型是否存在“丢失”或“变形”数量等，作为基本评价标准。（如图3所示）为模型数据（纹理缺失），（如图4所示）为野外采集的照片。

图3 为模型数据

图4 为野外采集照片

造成空洞的原因有两方面，第一是航空摄影阶段，由于存在航摄死角，会导致在生成模型时存在空洞；空三阶段，由于像片及pos 参数的质量问题，会出现自动匹配错误以及点位不足等情况，导致建模后产生空洞[5]。目前对于模型修补的研究还停留在对于水面的修补，对于建筑物等空洞随处可见，模型看起来“支离破碎”，依靠修补技术改进模型效果是不可行的。

模型的变形来自于点位的自动匹配后密度不均匀，尽管有些项目加入机载雷达点云数据后模型有所改观，但也没有完全解决问题，况且增加了投入。

垃圾数据：一方面是由于地形起伏较大，平均高程面控制有难度造成的；另一方面是自身软件计算造成的，也是由于地形起伏较大，软件对于低于平均高程面的部分也产生数据，从而形成了垃圾。

这些问题的存在都是目前不可回避的事实，对于今后的硬件和软件都提出了发展方向，即在空洞问题上，航空摄影阶段是否可以通过改进传感器的感知材料，或提高传感器的采集方向，来降低对于敏感地区的感应；空三部分是否可以通过加强内插点的密度以及增加人机交互的机会来控制空洞的产生；模型的变形和垃圾数据的产生是否可以通过改善软件的计算能力来解决等。

总之，通过人工少量的干预，就能达到令人满意的效果，还尚需时日。

4.结束语

本文着重论述了倾斜摄影实景三维模型的检查验收参数的调整，验收方案、样本量、位置精度统计方法的确定，以及对目前实景三维模型生产质量的思考，对于实景三维模型的发展提出了建议。