实景三维建模与大比例尺测图

肖媛

摘要：DLG是地形圖上现有核心要素信息的矢量格式数据集，它可以随机满足各种空间分析要求，并与其它信息重叠，根据需要可以筛选或者直接显示部分信息的实景三维模型。如今，基于现代无人机实景三维倾斜摄影技术的模型构建正在得到应用和开发，捕获的图像纹理真实和数据采集高精度的优点对未来信息技术发展具有重要意义。现代无人机倾斜摄影技术与实景三维建模技术相结合，为未来的数字智慧城市开创了新局面。本文主要分析实景三维建模与大比例尺测图。

关键词：倾斜摄影测量;三维模型;数字线划图

引言

三维倾斜摄影建模技术是基于无人机进行的近年逐步发展起来的新型测量技术，而在此之前，三维摄影建模手段主要基于CAD的建模、激光三维扫描建模技术等。激光扫描建模技术主要以地面激光扫描三维建模和机载激光扫描建模两种方式为主。

1、空中三角测量

1.1区域网平差方法

空中三角测量的方法很多，但是这里我们主要介绍一些区域网平差的方法。比较区域网的三种主要方法：航带法、光束法、独立模型法。不管哪一个方法都通过空中三角测量来捕获加密点的地标和像片的外部方位元素，从而进一步为数字高程获取和DLG生成提供高精度方位结果。

1.2光束法区域网平差示例

根据光束法区域网平差的原理，从旁向或航向中选出相互重叠的两张像片，在两张像片重叠部分选出四个已知控制点K1、K2、K3、K4，再从上面点出一个未知点K5（方便到实地寻找的房角点或者道路交叉口点）。因光束法区域网平差是以像点坐标作为观测值，理论较为严谨，只有在提前消除像点坐标的系统误差后，才能得到符合要求的加密成果。由上述数据已知4个点的像片坐标和相对应的地面坐标，而选中的未知点K5也是已知的像片坐标，那么我们需要获得的是6个外方位元素和K5的地面坐标，即9个未知数，根据共线方程式，我们至少需要10个方程才可以解答出这9个未知数。其次，由于共线方程是非线性函数模型，为了便于计算，将共线方程以及待测点的地面坐标进行线性化并取一次小值项。简单来说，空中三角测量就是通过共线方程式，结合已知控制点、POS数据等相关信息，获得加密点的坐标，从多数坐标中得到影像的准确位置，在每张像片之间生成连接点。

2、航标实景三维模型单体化

航标是通过特定的视觉、听觉、无线电标志和信号维护交通通畅、保障航行安全的助航标志设施。为了有效支撑航道三维场景的动态化管理，需要对“一张皮”的实景三维模型进行航标对象单体化处理，使得每一个航标对象是单独的、可以被选中分离的实体，可以附加属性、查询统计等。倾斜摄影实景三维模型单体化方法一般可分为逻辑单体化和切割单体化。考虑航标具有可移动特点，无法用已有的矢量范围做逻辑单体化。本文提取结果为约束，联合实景三维模型和原始实景三维模型进行航标模型的切割单体化处理。叠加重建后的实景三维模型与原始实景三维模型，模型相交处理得到采取对象的边界。考虑原始实景三维模型中的噪声对象及水面非航标对象的干扰，引入航标对象的投影面积作为过滤条件，对象的边界做筛选过滤。进一步利用对象边界对实景模型的三角格网进行物理切割，实现航标对象的单体化分离，切割算法的核心是对切割边界三角格网的处理。一般切割的步骤如下：（1）遍历所有三角面，判断三角形与边界的关系。（2）若三角形在边界内，保留;若三角形在边界外，则舍弃。（3）三角形与边界相交时，有两种处理方法，一是相交则保留，但存在不平整的问题，优点是算法简单，切割效率高;二是由切割的交线对三角形进行剖分，属于边界内的保留，边界外的去除，这种方式边界齐整，但算法复杂，切割效率低。（4）遍历所有的LOD级别进行切割。

3、大比例尺测图采编一体化

3.1数据采集

基于无人机航摄进行大比例尺地形图绘制的应用已越来越广泛，也是各测绘行业单位技术发展的一个重点方向，相较于传统航测数据采集，现如今的无人机航测成图技术可谓“三维裸眼测图”，无需佩戴立体眼镜，内业地形图采集方式更为灵活方便，作业更高效。EPS软件是一款较好用的航测成图软件，将地形要素-控制点、居民地、交通及附属设施等常用符号汇集成常用符号栏，在要素采集时，可以很方便地选择各个常用要素符号;将矢量编辑中常规的操作，如延长、打断、增加节点、连接等功能汇集成于工具栏，增加了操作的简易性。

EPS软件是以库数据为平台，采集的点、线、面要素均为库数据。这较传统的内业立体采集方式来说，要素的采集需要特殊的要求，比如：交通、水系、居民地采集的是面状要素，双线道路和面状水系要采集中心线和面，其中道路是路边线、中心线和面同时采集。道路和房屋附属设施的面状要素采集为带符号的面状（如室外楼梯、台阶、悬空通廊等）。要素采集时，实时开启二维或三维捕捉模式方便后期建库构面。EPS软件是直接以成果数据库的格式进行立体采集或更新，在采集过程中更注重数据库矢量之间的逻辑与空间拓扑关系，既可定位，又可实现部分定性，初步搭建库数据。

3.2外业调绘

外业人员利用内业输出的调绘片底图，进行实地调查和收集资料数据，给内业判读提供支撑。调绘中做到：走到、看到、问到、绘准，确保调绘成果资料的准确性、完整性和规范性。针对调绘底图进行全面的实地核查、修改，补测补调各要素属性内容。对立体测图采集的所有要素进行定性;纠正内业判读错误的地物;真实反映调绘时的现状。并核实调查，各类主要地物（如道路、水系、居民地）的属性和名称，电力线名称、电压伏数，植被类型等，并修改内业判读不准确的要素属性。

3.3数据质检

数据检查采用人机交互检查、利用程序自动检查。人机交互检查，是在立体环境下检查几何表达是否正确;位置精度是否正确;各个地物要素间的逻辑一致性是否合理，表征质量是否正确等。程序检查是在EPS软件下，对数据进行要素几何特征、重叠对象、空间逻辑、等高线、要素属性、注记等的检查。

结束语

本文对倾斜影像应用于实景三维模型的研究较浅，在空中三角测量部分只对区域网中的三种方法作出了详细的分析，没有对其他方面进行更为详细的探究，另外还需要在此基础上对倾斜影像匹配算法进行深入研究，探讨如何对内业建模软件进行进一步的升级，使得模型精度更高、外业测量最少。

参考文献：

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