机载倾斜摄影三维模型质量检查方法研究

张天巧

摘要：本文介绍了基于机载倾斜摄影三维模型的特点，详细阐述机载倾斜摄影三维模型的检查方法、检查指标和评价体系，并在大型倾斜航摄建模项目中得到实践，验证了该质量检验方法的可行性。

关键词：机载倾斜摄影；三维模型；检查指标；检查方法；评价体系

引言

倾斜摄影技术是国际测绘领域近十几年发展起来的一项高新技术，是指一定倾斜角度的航摄相机所获取的影像，它颠覆了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，通过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，获取地面物体更为完整准确的信息。垂直地面角度拍摄获取的影像为正片（下视影像），镜头朝向与地面成一定夹角（相机倾斜角度在40°至60°之间）拍摄获取的影像为斜片（倾斜影像）。常用的倾斜摄影技术主要有三相机和五相机组合，目前主流方案采用五相机（一台垂直相机，四台倾斜相机），如RCD 30倾斜摄影系统，SWDC-5倾斜摄影系统。因倾斜摄影系统搭载了倾斜相机，因此可以较为完整地获取地物侧面的轮廓和纹理信息。

近几年，倾斜摄影技术得到了广泛的应用，倾斜摄影测量的快速发展，三维自动建模是目前的主流方向，也是目前研究领域的热点和难点，该方法是通过对获得的倾斜影像进行几何处理、多视匹配、三角网构建、提取出典型地物纹理特征，并对该纹理进行可视化处理，最终得到三维模型，因为这种方法和以前的人工建模完全不同，可以精细表达建筑物的侧面纹理，模型真实，可有效降低城市三维建模成本，但也存在着密集房屋底部粘连，独立地物悬空等问题，如何检查和评价倾斜摄影建成的三维模型成果是目前的难点。

在大量倾斜航摄三维建模的检查实践中，根据倾斜三维模型的特点，不断总结、修改、完善检查方法，逐渐形成一套完整的评价体系，包括三维模型的平面精度、高程精度、模型精细度、纹理精细度、逻辑一致性、场景效果等各项评价指标，并针对倾斜三维模型检查中一些难点和重点，提出自己的一些看法。

1.机载倾斜摄影三维模型检查方法研究目的和意义

倾斜摄影的三维模型成果，模型完整，纹理真实，尤其对立面细节表现良好，能够将建筑的阳台及廊房等部分构建出来，完全真实地反映了地物地貌特征。同时，在快速实景三维建模的过程中，自动化程度高，无须人工干预，大大提高了三维建模的效率，适合大规模中心城市三堆模型的构建。其中也存在一些不足。例如局部区域出现建筑物或道路、树木纹理失真等情况，因此，如何检查和评价倾斜摄影建成的三维模型成果是我们研究的重点，在CH/T 9015-2012《三维地理信息模型数据产品规范》的基础上，进行研究和分析，形成一套适合倾斜摄影三维模型的质量评价体系，引导倾斜摄影三维模型的标准化和规范化。

科学的数据质量评价方法能够客观精确地评价数据的质量，对数据的实际应用起着至关重要的作用。由于数据受影响的因素很多，那么对其质量的合理控制就尤为重要。从多角度来综合评价数据质量，构建合理科学的倾斜摄影三维模型质量评价体系是本文的意义所在。

2.机载倾斜摄影三维模型检查评价体系的构成

2.1质检方法

检查方法主要是：

2.1.1采用人机交互检査，在软件系统环境下，将要检査的数据可视化，以图形、图像、文件等形式显示在计算机的屏幕上，通过人工判断其完整性、模型纹理的协调性、场景表现效果、属性的准确性与完整性、数据存储格式和空间位置的一致性等

2.1.2通过外业实地抽样巡查的方法检查模型要素的完整性，检查模型精细度和纹理的准确性、协调性，检查场景效果的符合性、现实性；使用全站仪极坐标法对建筑物高度进行套合检测，检查模型高度精度的准确性；使用同精度地形图比较的方法和GPS RTK接收机进行套合检测，检查模型平面和地形精度的准确性。

2.2评价体系构成

空间参考系检查：设定的坐标系是否正确。

单位产品：一幅

位置精度要求：模型的平面位置中误差不超过0.6m，模型的高度中误差不超过0.75m（特殊困难区域可适当放宽至2倍），建筑物模型的高度与平面尺寸应与实际保持一致的比例，通过导入外业实测散点坐标与三维模型同名点坐标进行检查验证。

表达精细度检查：在Skyline平台下锁定视角高度为400m，（重要和次重要建筑根据需要降低至200m），通过浏览方式对实景三维模型展示效果（结构、纹理、悬浮）进行检查，当模型刷新到最高LOD后，要求场景色彩合理，模型无破洞、纹理无明显扭曲、场景内无明显不合理悬浮。

逻辑一致性检查：检查概念、格式和表现一致性，其模型格式、模型编码命名（城中村不要求按自然幢为单位组织）、模型表现规则等是否一致。

场景效果检查：在Skyline平台下锁定视角高度为400m，浏览场景，场景（水面、道路、绿地等）不应存在破洞、场景内无明显不合理悬浮。

附件质量检查：检查元数据以及附属文档的完整性和正确性。

3.机载倾斜摄影三维模型质量评价指标

3.1质量元素及权重

质量元素包括三维模型的平面精度、高程精度、模型精细度、纹理精细度、逻辑一致性、场景效果等各项评价指标。质量元素及权重如下：

3.2质量元素错漏分类

质量元素的错漏依据模型的重要程度、错漏的严重程度等可划分为严重的错误（A类）、次严重的错误（B类）和一般错误（C类）

重要模型建筑指示范区内的地标性建筑，包括如区级以上政府所在地建筑、一江两岸风景区、著名风景名胜等重要建筑物。次重要建筑模型指15层以上高大建筑。一般性建筑模型为单体的独立性的15层以下的多层建筑模型。其他建筑指临时建筑、在建建筑、棚户房、城中村建筑物。

严重的错漏（A类），指对三维模型数据使用和浏览展示效果有严重影响的错漏，或是重要模型的精度、表达、属性等存在错误或与设计要求不一致，或次重要、一般、其他模型的系统性错误或与设计要求不一致。次严重的错漏（B类），指对三维模型使用和浏览展示有较大影响的错漏，或是次重要模型的表达、属性等存在错误或与设计要求不一致，或一般、其他模型的错误或与设计要求不一致的数量已超过8个。一般错漏（C类），指一般或其他模型的错误或与设计要求不一致，表示对三维模型使用和浏览展示有轻微瑕疵，但不影响整体效果的错漏。详见下表：

3.3质量评定

三维模型单位产品质量实行优级品、良极品、合格品、不合格品评定制。三维模型产品检验批质量实行批合格、批不合格评定制。

4.结语

本文通过对倾斜航摄三维建模的检查方法的研究，根据倾斜三维模型的特点，总结、修改、完善检查方法，逐渐形成一套完整的评价体系，包括三维模型的平面精度、高程精度、模型精细度、纹理精细度、逻辑一致性、场景效果等各项评价指标，是倾斜摄影未来的研究热点，也是倾斜摄影实践应用的评价技术，尤其随着数字城市和智慧城市建设的不断推进，对数据获取和质量提出更高的要求，倾斜摄影的三维建模检查方法具有很好的应用前景。

参考文献：

[1]池天河.数字城市的三维图形构建技术[J] .北京：地球信息科学， 2013： 1-3.

[2]徐青.地形三维可视化技术[M] .北京：测绘出版社， 2003： 5-25.

[3]华斌.数字城市建设的理论与策略[M] .北京：科學出版社， 2004： 110-125.

[4]李玮峰.机载倾斜摄影数据在三维建模及单斜片测量中的应用[C].北京：遥感信息， 2013： 1-5.

[5]冯梅.基于LiDAR和航空影像的三维建模方法探讨[C].北京：测绘通报， 2011： 4-5.

[6]张祖勋，朱俊峰，胡翔云，等；可量测影像高程同步模型及其在测图中的应用[C].北京：测绘学报， 2014： 1-3.