倾斜摄影三维模型在大比例尺测图中的优缺点分析

杨庚印

（山西省测绘地理信息院，山西 太原 030001）

0.引言

1.基本概念

1.1 倾斜摄影三维建模技术

倾斜摄影三维建模技术是指从几个不同的视角同步采集影像和位置信息，获取丰富的地表物体顶面及侧面的高分辨率纹理数据；再通过相关专业软件进行空三加密、影像密集匹配、纹理映射[3]而生成的一种客观真实反映现实世界的三维模型。它包含了准确、完整的地物信息和位置信息，具备可量测性，可直接在三维模型上进行地形图测绘、各种量算及分析工作。

1.2 传统摄影测量技术

传统摄影测量技术是指利用在航空器上安置专用航空摄影仪对地面进行垂直摄影，按照相关规范要求获取一定比例重叠度的航空影像；再通过专业软件进行空三加密，计算出每张照片的空中位置和姿态（即外方位元素）。利用空三加密成果，可以生产数字高程模型（DEM）、数字正射影像图（DOM）和数字线划图（DLG）等测绘地理信息产品。

1.3 大比例尺地形图测绘

大比例尺地形图测绘一般是指满足国家1∶5 000、1∶2 000、1∶1 000、1∶500基本比例尺的地形图测绘。因1∶5 000比例尺地形图测绘更适宜采用传统航测技术进行生产，采用倾斜三维建模技术生产没有任何优势，故本文对该比例尺的优缺点不进行分析研究。

2.工作流程

2.1 倾斜摄影三维建模测图工作流程

倾斜摄影三维建模技术大比例尺地形图测绘主要内容包括倾斜航空摄影、像片控制点测量、空三加密、三维建模、地形图测绘。工作流程如图1所示。

2.2 传统航测测图工作流程

传统航空摄影大比例尺地形图测绘工作内容主要包括航空摄影、像片控制点测量、空三加密、地形图测绘。工作流程如图2所示。

图2传统航测测图工作流程图

3.倾斜摄影与传统航测优缺点分析

3.1 数据量比较

常用的倾斜航空摄影相机一般搭载的是1个垂直相机和4个侧视相机同步进行摄影；传统航空摄影一般搭载1台相机进行垂直摄影。两者相比，如果采用相同的相机、航向和旁向重叠度，那么倾斜三维摄影获取的照片数量就是传统航测的5倍。而为了满足后期数据处理，倾斜三维摄影和一般航空摄影都需要有一定的重叠度，两种摄影方式的重叠度相关指标如表1所示。在实际生产过程中，倾斜航空摄影时航向重叠度一般为75%左右，旁向重叠度为70%左右；传统航空摄影航向重叠度为60%，旁向重叠度为30%。所以倾斜三维摄影的数据量大主要就是镜头数多和影像重叠度大引起的。通过实际生产分析，倾斜三维摄影比传统航空摄影获取到的数据量大12倍左右。

表1倾斜航空摄影与传统航空摄影相关指标对比表

3.2 计算机硬件配置要求比较

倾斜航空摄影因其获取的数据量大，通常软件在处理时都是进行集群并行计算，这就对存储的读写速度、网络的交换速度、计算机CPU处理能力、内存大小、显卡缓存大小和显卡GPU的计算能力等提出了较高要求。常见倾斜航空摄影数据处理计算机配置如表2所示。从表2可以看出，从事倾斜航空摄影数据处理对计算机要求更高。

在国内的会计行业存在的竞争产生了与相关市场竞争区别较大的特征，产生了过度竞争的问题。过度竞争会导致极其恶劣的后果，其大部分表现有以下几个方面：首先，过度竞争中的会计事务所一般通过降价收费来获得市场，因为经费不足时常会应付工作，造成工作效率差。与此同时，过度竞争会造成会计事务所收取高额的分成亦或回扣，会阻碍市场的健康运行。部分还存在注册资格造假的问题，其能力无法满足工作的需求。在现实工作中出现过分追逐利益，不考虑行业规范的不法行为。在一定情况下，相关的注册会计师为了可以招揽更多的业务，对其客户所给的要求不加分析的实行，更有一些人会冒着违反法律的风险执行。

表2计算机配置表%%%%

3.3 生产效率比较

三维建模数据处理因其数据量大、像片畸变大，空三计算时，一般采用密集匹配，并要通过像点来计算新的相机参数，软件操作简单，但计算复杂；三维建模时，要计算地表所有物体的顶部和侧面的表面模型、纹理映射。所以三维建模计算的工作量大，处理效率低。常用的三维建模软件有Bentley公司的ContextCaptureCenter、瞰景公司的Smart3D、大势智慧公司的重建大师和Skyline公司的PhotoMesh等软件，这些软件各有特色，瞰景公司的Smart3D空三模块独具优势，其他的建模效率基本相当。

传统航测法只要对像片进行连接点匹配和像控点刺点，并进行约束平差，就可以快速计算出照片的空中位置和姿态，引入立体采集软件，就可以恢复立体进行地形图采集。常用的空三加密软件有讯图公司的GodWork、GIP公司的Bingo、徕卡公司的LPS和Trimble公司的Inpho。讯图公司的God-Work操作简单，智能化程度更高。以计算30平方公里3厘米分辨率的三维模型和计算同样面积传统航测数据处理为例，三维建模和传统航测效率比较如表3所示。

表3三维建模和传统航测效率分析表

3.4 摄影地面分辨率高

在《GB/T 27920.1-2011数字航空摄影规范 第1部分：框幅式数字航空摄影》（以下简称《航空摄影规范》）中对摄影地面分辨率做了明确要求。实际作业过程中，为保证成果精度满足对应比例尺的要求，采用倾斜摄影三维建模技术时，选择的摄影地面分辨率比《航空摄影规范》要求高。两种摄影测量方法常用摄影地面分辨率如表4所示。%%

%%表4常用摄影地面分辨率对比表%%单位：厘米

3.5 地形图测绘

3.5.1硬件要求

利用三维模型进行大比例尺地形图测绘工作，硬件一般可以直接使用三维建模的计算机，配合普通的液晶显示器，采用普通鼠标加裸眼测绘模型，就可以开展工作。

传统航测需要配备专业支持偏光的立体显卡、立体显示器和立体眼镜和手轮脚盘，才可以开展测绘工作。传统航测在设备的专业性这块来说，它的要求更高。常见的手轮脚盘如图3所示。

图3手轮脚盘示例图

3.5.2软件要求

使用倾斜三维模型进行地形图测绘常用的软件有山维科技公司的EPS、南方数码公司的CASS3D、天际航公司的DP-Model等国产软件，其中山维科技的EPS软件应用最广泛。这些软件均有自己的三维模型格式转换功能，可以高效引入OSGB格式三维模型，便于更好地支持本软件测绘功能。

传统航测进行地形图测绘的常用软件有适普公司的VirtuoZo、四维远见公司的JX4、山维科技公司的EPS和航天远景公司的Mapmatrix，因适普公司和四维远见的软件已多年未进行升级更新，现在市场上已很少见。现在传统航测软件主要以航天远景公司的Mapmatrix软件为主。

3.5.3人员要求

三维模型直观易读，人员经过简单培训就可以开展工作；传统航测因采用人造立体视觉模式工作，需要作业人员两眼视力差别不大并长时间练习立体视觉，才能满足工作要求。所以采用三维模型进行大比例尺地形图测绘人员培训时间短，而传统航测人员培训时间长。传统航测的测绘人员可以直接转为三维模型测绘人员开始工作，三维模型测绘人员不能立即转为传统航测人员工作。

3.5.4成果精度

三维模型采用了比传统航空摄影更高的摄影地面分辨率，像片重叠度大，像片间采用较密集的连接点关联，平面、高程精度均能满足《GB/T 7930-2008 1∶500 1∶1 000 1∶2 000地形图航空摄影测量内业规范》（以下简称《内业规范》）要求，成果精度高。传统航测法平面精度可以满足《内业规范》要求，高程精度因受基高比影响，精度较低。所以在采用传统航测时，高程采集需要采用其他方法进行补充，或者可以适当提高摄影时的地面分辨率，来满足成果精度要求。

3.5.5测绘效率

（1）点状地物和线状地物测绘

点状地物一般是指通过一个定位点并配置相应的符号来表示地面的一种物体，如，电杆、路灯、井盖等地物。线状地物一般是指通过多个定位点的连线并配置相应的符号来表示地面的一种地物，如，道路、陡坎、河流等。在采用倾斜三维模型测绘这两类地物时，通过正视图像视角就可以直接进行测绘，不需要在测绘过程中来回旋转模型视角。所以采用三维模型和传统航测两种方法，效率相当。

（2）建筑物测绘

三维模型可以直接观测到建筑物的侧面纹理，判读建筑物的层数、类别、结构等信息，可以直接测绘到建筑物底部，测绘精度较高，大幅降低了外业调绘人员工作量，采集精度满足大比例尺地形图中三种比例尺的测绘要求[2]；在采集时需要不断地旋转三维模型，采集效率低。传统航测只能观测到建筑物的顶部，采集时只顾及建筑物的顶部轮廓（含房檐），不考虑侧面结构，采集速度快，当成图要求进行房檐改正时，只能靠人工外业量测，极大地增加了外业调绘人员工作量，并且难以保证成果精度。在三维模型测绘没有出现前，1∶2 000比例尺地形图测绘一般采用航测法成图，1∶1 000、1∶500一般都采用全野外测绘法成图。综合比较，三维模型采集效率高，并降低了人工劳动强度。

（3）等高线测绘

三维模型测绘时，靠鼠标在模型上点击，触发软件在模型上获取位置，获得单点的高程比较容易，而等高线测绘需要在同一个高程面上进行连续采集，三维模型不具备直接观测功能，故不能直接测绘等高线，一般采用采集地面高程点反生成和输出DSM滤波方法生产，地表植被较多时，等高线测绘会非常困难，并影响成果精度。传统航测采用立体观测，通过软件可锁定要采集等高线的高程，这样只有在这个高程面上的立体才能真实显示，离开这个高程面的立体视觉就产生视差，人员通过移动测标找到同样的高程面，就可以轻松进行等高线测绘。同时人工可以判读植被高度，等遇到植被密集情况时，可以通过个别植被间的缝隙判读植被高度，来获取较准确的等高线成果。

4.结束语

本文通过对倾斜摄影三维模型技术和传统航测技术之间的对比，分析了两种技术在各个生产阶段的不同特点。是否采用倾斜摄影三维建模技术进行大比例尺地形图测绘，应根据成图比例尺要求和自身的设备情况进行评定，如不考虑硬件设备投入，则：在进行1∶2 000比例尺地形图测绘时，可以适当地提高摄影地面分辨率，弥补高程精度的不足，宜采用传统航空摄影方法进行生产，效率相对较高，成本相对较低；在进行1∶1 000、1∶500比例尺地形图测绘时，适宜采用倾斜摄影三维建模技术进行生产，提高成果精度，减少外业人员劳动强度。