基于Sm art 3D三维模型的新疆塔城地区1∶1000 DLG生产与质量评价

彭 伟

（第九师联拓勘测设计研究有限公司，新疆 塔城 834601）

0.引言

现阶段，随着无人机在测绘行业的广泛使用，倾斜摄影测量技术也得到了迅速发展，基于倾斜影像数据构建三维实景模型的技术逐渐成熟，并得到了普及。倾斜摄影技术主要是通过无人机平台搭载多个传感器，根据设计航线进行飞行采集数据，克服了传统摄影测量技术角度缺陷，实现了多个不同角度获取影像信息。利用倾斜影像数据，借助数据处理软件，可构建三维实景模型，结合重构的三维实景模型进行数字线划图（DLG）绘制，并建立产品质量评价系统，在生产效率、产品质量等方面均得到了提高。

1.三维实景处理

使用Smart 3D Capture系统进行实景三维建模，Smart 3D Capture系统具有平差优化、空三加密、影像控制点匹配等数据处理功能，可为三维建模提供真实、精准的实景数据。经Smart 3D Capture系统处理过的数据，可充分展现动态定位实测数据的优势，保证了校验结果合理性与精准性。城市实景三维建模流程（如图1所示）：

图1 城市实景三维建模

三维实景处理过程包括定位定向系统、原始影像数据、导入路径、相机参数等，其中，相机参数主要是通过设置像素大小、检标文件、主点坐标等内容构成。自动化系统建模的过程为：（1）通过光束法区域网整体平差，实现影像间三角对立与不规则三角形网格的创建；（2）创建白模，使场景纹理在白模中映射，展现符合实际的三维场景，全面掌握现场实际情况。目前，在原始影像资料对文件进行组织的过程中，要基于各个角度对组织有效性、全面性进行保证。

1.1 空中三角测量

1.1.1 创建测区目录

在正式操作前需创建新测区全新目录，对测区数据进行存储。实现控制信息数据文件、测区信息、相机信息等的创建。新建目录的主要参数包括内定向限差和模型连接相对定向限差，分别设置为1/3像素和0。控制网布设时，需注意控制网应布设在便于安置接收设备、便于操作且视野开阔之处，视场内障碍物的高度角不宜超过15°；远离大功率无线电发射源；交通方便，并有利于其他测量手段扩展和联测；地面基础稳定，易于标石的长期保存。本项目共布设七个控制点，其中，包含五个国家三角点，新增两个控制点。

1.1.2 影像格式转换

将原始TIFF影像转换为*.vz格式，利用适普软件批量预处理，预处理前的效果（如图2所示），图像处理后的效果（如图3所示）。对比图1、图2可知：经预处理过的图像数据较原始数据亮度较好，图像更加清晰，有利于接下来数据应用。

图2 图像预处理前

图3 图像处理后

1.1.3 创建空三影像列表

选择资源管理器的航带影像，如果顺序不满足实际需求则要重新调整顺序。创建影像索引号，以便后续连接点的粗差改正。

1.1.4 量测框标和内定向

自动识别影像框标，从而计算内定向参数。对八个或者四个框架进行测定，并且对内定向参数进行计算。首先，使用仿射变换公式实现内定向，如式（1）所示：

式（1）中，Xi′、Yi′为框标理论坐标，框标观测坐标指的是Xi和Yi，Ai和Bi指的是内定向参数。在框架为四个时，B3与A3和0接近。如果框标坐标残差要大于指定的残差，利用正形变换公式对大误差点进行计算，如式（2）所示：

通过创建框标模板，实现影像的内定向处理，当出现四个框标没有在影像框标时，需对相机参数的正确性进行检查。同时，检查转换影像的扫描分辨率。在结束内定向之后对内定向中的成果功能进行检查和调用，检查内定向的合理性。如果图形中存在红色的X号，说明此片内定向超限。

1.1.5创建航带和测区影像列表

在某组中划分航带，在缺省时的测区全部航线组号都是1，在测区具有交叉航带时要进行分组。例如，测区航线共有六条，航线1－4航向为东西方向，为第一组；5－6为斜飞航线，为第二组。通过设置组号，进行区分交叉航线。在此过程中要注意，航线组中的航线偏移量不同于普通的航线偏移量。将对点添加到每两条航线的首位，在质量比较低并且航带比较长时，能够在航带中间合适位置适当加点，对于程序自动地经过航带转点具有一定的优势。对航带偏移点进行添加，并且对检查菜单进行点击，程序能够自动检查是否实现加点。

1.1.6 连续相对定向

以定向方案中的某部分设置为特征匹配基础，进行航带创建。该处理方法能够对上百个点进行寻找，大量点数具有高精度定向元素，从而探测匹配的错误点。

1.1.7 航带连接

首先确定航带连接点，然后使用相对定向中的同个边缘测定与轮廓匹配方法，构成相邻航线、影像的匹配点对。利用跨航线构成连续定向，为新航线提供第二套投影中心，结合航带产生第一套投影中心，使用两套投影中心对多项式进行改正，目前航带能够在上个航带中转变。通过地面控制点，利用多项式开展区域网平差，自动提取航带间转点、金字塔影像、相对定向与模型连接。设置挑点模式为5×3模式，选择此类布局可有效保障航带间重叠度在30%以上。

1.1.8 添加外业控制点

外业布控图片中，手工添3～4个控制点，并且实现PATB计算的调用，预测其他的控制点并进行定位，对比外业布控点图片，并在影像中添加其他控制点。调用PATB实现平差结算，点击主界面的“创建加密点”按钮，实现加密点文件的自动创建。三维模型效果展示（如图4所示）：

图4 三维模型效果展示

2.产品质量评价

结合相关规范，主要以《数字线划图（DLG）质量检验技术规程》CH／T1025－2011、《测绘成果质量检查与验收》GB/T24356—2009为主构建质量检测体系。采取分批分层随机抽样法进行检测，检测内容主要包括：

（1）1∶1000数字线划图设计精度指标检查；

（2）平面、高程点位中误差精度检查，以GNSS－RTK和全站仪实地测定数字线划图上平面、高差坐标的方法进行点位精度检测。地物点间的相对位置精度检查，可利用测距仪、钢尺实地随机量测各类相邻地物间距并与数字化地形图上同名点间距相比较；上述检测属同精度检测方法，中误差计算公式，如式（3）所示：

（3）数据结构性检查主要利用人工核对、工具软件、人机交互等手段，对文件命名、数据格式、要素分层及接边进行评定；

（4）检查数字线划图的地理精度，采用回放图实地巡视对照法，检测重点内容主要有地物地貌测绘的全面性、图上要素定性的正确性、综合取舍的合理性、各种地物之间的关联性、地物地貌要素之间关系的协调性、图式符号运用的规范性，各种注记的全面、正确性；

（5）整饰质量检查，回放图上线划、符号、注记等内容是否符合国家图式要求，图面整体配置、图廓整饰是否符合规定；

（6）附件质量检查。

3.实验分析

3.1 测区现状

项目的主要目的是为新城市建设的前期规划提供准确、真实、可靠的基础地形图数据。本次任务测区面积23.24km2，测绘比例尺为1∶1000，作业工期10d。测区位于塔城地区额敏县北部，测区东西长7.4km，南北宽4.5km，总面积23.24km2。测区处在塔城盆地中心，地势北高南低，较为平坦。测区最高点约950m，最低点约830m，平均高程约890m。

3.2 设计精度指标检查

为验证某测区内的平差精度，受控制点稀疏程度影响情况，设计了8个对比实验方案，主要是通过增加GNSS辅助坐标，调整外业控制点稀疏程度，计算各加密点、定向点、检查点的点位中误差。结果（如表1所示）：

表1 不同方案的误差对比

由表1、图5、图6可知：

图5 加密点中误差

图6 检查点中误差

（1）在控制点数目较少时，相邻控制点距离较远时，根据1∶1000设计精度要求，航测成图外业控制时，单一的点位平面精度、无法满足设计要求，需提高点位高程精度要求；

（2）对比不同方案的高程精度（如图5所示），GNSS坐标未对加密点高程精度产生影响。

综上所述，在具有相同控制点时，在平差计算中添加GNSS坐标可实现对高程精度进行改善。当控制点数目较少时，GNSS坐标的添加能对精度进行改善；如果具有大量控制点，GNSS坐标在平差过程中不会对高程精度产生影响。

3.3 平面及高程精度检查

为了检验基于三维模型量测地形图的可行性和精度，借助RTK实地测定数字线划图上平面、高差坐标的方法进行点位精度检测，结果（如表2所示）：

表2 平面位置及高程中误差检测统计表

点号 x/m y/m xy/m z/m 7 0.003 -0.034 0.034 -0.069 8 -0.013 -0.027 0.03 0.045 9 0.04 0.038 0.055 -0.053 10 0.01 -0.016 0.019 -0.038

结合式（3）分别计算平面位置和高程中误差，结果显示：平面中误差为0.03m，高程中误差0.05m。通过点位精度结果可知，基于实景三维模型的数字线划图生产方法，能够实现1∶1000数字线划图的高精度、快速生产。

4.结束语

无人机的大面积普及，极大促进倾斜摄影测量技术的发展，随着倾斜摄影技术在地形图绘制工作中的应用，地形图成图的效率、精度以及生产成本都到了发展，本文以新疆塔城地区数字线划图绘制项目为例，开展了利用三维实景模型进行DLG生产方法研究，详细探讨了Smart 3D空三测量技术，构建了DLG产品评价体系，利用实验对控制点个数对设计精度影响情况进行了分析，借助RTK对部分DLG成果进行了精度分析。结果显示：精度可满足1∶1000精度要求。实践证明：该方法缩短了倾斜摄影技术的成图周期，节约成本，精度较好，可推广类似工程项目应用。