机载Li DAR航空摄影测量在三维建模中的应用分析

刘华章

（云浮市地理信息中心，广东 云浮527300）

1 项目概况

广东云浮西江新城三维模型、数字高程模型制作项目的工作范围，整个项目的实际测绘面积约为80km2。在实际测量过程中，将会使用行1∶500的LiDAR和倾斜摄影、建立数字高程模型（DEM）、数字正射影像（DOM）和数字地形图，进而制作出测绘区域的实景三维模型。

2 机载Li DAR技术

2.1 对地定位

所谓机载LiDAR技术，就是利用飞行器作为技术系统的实际载体，通过飞行器上所搭载的摄影设备对地球表面进行拍摄扫描，获取地球表面高精度点云数据的对地观测技术。在实际应用过程中，机载LiDAR技术将会以激光测距技术、动态GNSS定位技术以及惯性测量技术等技术为基础，并通过同步控制系统来同步飞行器的位置数据信息，完成飞行器的定位处理工作。

2.2 点云滤波

在机载LiDAR技术应用过程中，同步控制系统将会对飞行器所同步传输的GPS数据、激光测距数据、姿态数据等数据同步到地面，地面将会通过PC设备来对该些数据进行联合解算处理，得到点云数据。通常来说，点云数据包括有三维坐标、回波强度以及回拨序列号等信息内容。由于机载LiDAR技术在通过飞行器进行地面拍摄扫描时，其并未记录激光脚点所在地物的属性，所以点云数据中也不包含相关地物的属性信息。在此情况下，想要构建完善的实景三维模型，还需要在点云数据中提取出地面点，然后根据地面点来构建城市实景三维模型。此过程中，点云滤波的实际作用是将点云数据分离成地面点和非地面点2种数据信息，即从中提出去素质地表模型和数字高程模型，从而有效地实现地面点与非地面点的分离，为城市实景三维模型构建提供位置信息保障。

2.3 点云分类

机载LiDAR技术的激光脚点将会落到植物、街道、建筑、河流等地物之上，而想要有效地构建出城市实景三维模型，就需要对该地物进行分类，并根据不同地区分类之间的脚点数据，提取出相应目标点的云系列，完成点云数据分类工作。

3 倾斜摄影测量技术

3.1 系统工作

倾斜摄影测量技术作为当今地物测绘过程中常用的技术手段，由于倾斜摄影技术采用了可以进行多角度观测的单头相机和多头相机结合的方式，所以相比较传统的摄影技术来说，其可以通过多个角度对测绘地物进行信息的观察获取，进而促使其不仅可以直接获取地物的正射影像信息，还可以快速地获取正摄影像信息侧面的影像信息以及激励拍摄点的实际位置信息，有利于后期数据处理过程中影像的空间定位工作。

3.2 像控点测量

为确保倾斜摄影测量技术的最佳应用效果，在应用过程中，还需要完成像控点的测量工作。在项目中，测控点的测量工作将会分为布设、判刺、联测以及空三加密4部分。其中，像控点的布设工作需要先结合项目区域的实际情况，划分出项目点布设区域网，然后以此为基础进行实际像控点布设工作；判刺则是指在进行像控点选择过程中，应尽可能将像控刺点布置在可获取图像清晰，易于判别的位置，如地物拐角等[1]；联测则是指采用YFCORS的网络RTK作业方式进行联测工作，并在完成联测后，及时检查展点，防止出现误差情况，为后续工作内容打下基础；空三加密则是指在进行实际空中三角测量前，倾斜摄影技术将会对所获取到的原始影像进行预处理，该处理内容包括有色彩处理、亮度处理、对比度处理以及匀色处理等。具体空三加密建模流程如图1所示。

图1空三建模流程

4 机载Li DAR航空摄影测量在三维建模的应用

4.1 应用流程

在实际应用过程中，系统会先将过滤后的地面点转化为规则格网，获取相应的格网模型，然后再对格网贴纹理，从而完成对城市三维实景模型的细化模拟效果，具体效果如图2所示。在进行城市地物实景建模过程中，首先需要将点云数据信息通过地物所对应的分类信息进行分类区分，然后结合倾斜影像测量技术所获取的数据信息，将两类信息导入软件中，完成对地物的轮廓勾勒、立面剖分、细节班级以及纹理贴图等工作流程，最终实现城市实景三维模型效果。

图2格网模型展示图

4.2 地面建模

地面模式是构建城市实景三维模型的基础保障，并且其实景精度水平还将会直接影响后续的三维模型构建效果，所以在进行地面建模时，一定要提高地面建模的精度。在本项目中，需要通过机载LiDAR技术与倾斜摄影技术相结合的方式来构建地面模型，所以在实际应用过程中，首先要对机载LiDAR技术所获取的原始点云数据进行点云滤波处理，从而获取地面建模所需的城市地面点。其次，需要对经过点云滤波处理的点云进行数据内插。考虑项目的实际情况，想要提高地面建模的实际精度水平，需要根据距离权重的方式将地面点云数据内插层1m×1m的规则格网。最后，将经过对象化处理后的DOM和规则格网导入三维平台软件中，生产城市地面三维模型。

4.3 建筑物建模

在建筑建模过程中，首先需要在已经完成分类后的点云数据中提取出建筑物的点云数据信息。其次，结合倾斜影像测量技术所获取的建筑物影像数据信息来勾勒出建筑物的实际轮廓情况，具体效果如图4所示。再次，在实际应用过程中，由于城市中的高层建筑存在着投影差的情况，所以在实际建筑物轮廓勾勒时，可能会存在一定的坐标偏差，所以还需要在建筑物建模过程中，根据建筑的点云数据信息，对建筑物的实际轮廓线进行处理，促使其能够覆盖点云边界。最后，将所获取到的建筑物模型导入软件中进行贴纹理等细化编辑工作。

4.4 模型整合

在完成地面模型和建筑模型构建以后，还需要将2类模型进行有效整合，从而构建成完整的城市实景三维立体模型效果。此过程需要在建模软件中分别导入地面模型和建筑物模型，之后再导入道路、景观等其他类型的模型，最后通过人工编辑的方式对所有模型进行精细化编辑，完成各种模型的无缝对接效果，构成城市实景三维模型效果。

5 结语

本文结合广东云浮西江新城三维模型、数字高程模型制作项目，介绍了一种机载LiDAR技术与倾斜摄影测量技术相结合的城市实景三维建模方法。在此过程中不仅明确了机载LiDAR技术在三维建模中的实际应用，还有效解决了传统建模方式中的诸多不足。但从项目中的实际应用来看，很多操作流程仍旧需要通过人工的方式来完成，其不仅会降低建模效率，还会增加建模的错误率，影响建模构建效果。因此，还需要进一步完善和研究，从而提出更加有效、快速的技术及方法。