基于人工倾斜摄影测量的微地形三维建模方法探析

伍水珍

广西壮族自治区自然资源调查监测院 广西 南宁 530023

1 人工倾斜摄影测量的主要技术应用

从目前的应用情况来看，倾斜摄影测量技术主要用于一些大比例尺地形图绘制、市政设施施工测量、区域三维模型搭建等环节。以大比例尺地形图为例，此类图形主要是指比例尺在1∶500—1∶5000的地形图，这些图纸在城市规划设计环节、市政项目初步设计、项目施工设计等环节中，提供非常重要的应用资料。而这些资料在应用中的精准度要求较高，需要借助实测的方式来采集数据。倾斜摄影测量技术的顺利融入，能够根据实际需求在较大范围内利用无人机的灵活性来完成完整数据采集，随后借助三维建模软件来完成参数整理，这也在原有基础上，进一步提升了搭建模型的精准度，同时也可以加快模型构件速度，提高所建立模型应用结果的时效性。需要注意的是，在人工倾斜摄影测量过程中，也需要做好同向重合、旁向重合、飞行高度等参数的控制，这也是确保技术应用质量的重要保障。

2 微地形三维建模要点分析

2.1 做好相机校验工作

从实际应用情况来看，可用于测量的相机包括非测量相机、专用测量相机。专用测量相机的各项参数比较固定，可以根据所需飞行高度、测量精度要求来进行选择。部分微地形三维建模活动中，也会使用到非测量相机，如普通数码相机，这类相机在应用中，受到物点、像点干扰，无法与投影中心保持在一条线上，这样会导致图像表现出畸变的情况，即所获取到的图像无法对其像位进行直接求解，影响到后续活动的进行。对此需要在工作开始前，对相机基础参数进行审核，具体审核内容如下：①分辨率，基于微地形三维建模所需，相机分辨率不能低于600；②焦距，考虑到采集数据的清晰度，所选相机的焦距应控制在15mm以上；③径向畸变参数，结合地区实际应用需求，该参数应控制在1.23×10-8以上，同时切向畸变参数也需控制在-1.23×10-5以上，借此来提高所采集影像参数的精准度和可靠性[1]。

2.2 合理选择建模软件

在模型构建过程中，也需要对建模软件进行合理选择，从目前的使用情况来看，经常使用到的建模软件如下：①Pix4D mapper软件，此软件的应用体系归类到中等，而且能够输出的模型格式种类相对较少，而模型的精细程度和操作难易程度保持中等，但是后续需要完成的工作量较多。②Photo Scan软件，此软件的应用体系归类到较轻，而且能够输出的模型格式种类相对较少，而模型的精细程度保持中等，但操作难易程度较低，非常便于进行操作，而后续所需要完成的处理工作总量处于较大状态。③Smart3D软件，此软件的应用体系归类到较重，而且能够输出的模型格式种类比较丰富，而模型的精细程度处于较高状态，但操作难易程度处于最高状态，需要匹配专业人员进行操作，但是后续所需要完成的处理工作总量最少。具体选择哪一类建模软件也需要结合实际情况进行筛选，以满足相应的建模要求。④MODO系列软件，该软件融合了多项高级技术，如N-gons、多层次3D绘画等，借此来满足3D建模、渲染、雕刻等工作，一般会用于效果图的制作，具有一定的操作难度，需要匹配相应专业能力人员，确保最终的成型质量。

2.3 梳理模型构建流程

完成软件梳理工作后，也需要遵循模型构建流程，以Smart3D软件为例，具体内容如下：利用软件来完成原始数据特征提取处理，基于特征点来对照片间位置与角度之间的关系进行梳理，利用系统来对匹配过程的错误点进行去除，借此来完成地表模型的建设工作。随后利用人工导入的方式来完成四角坐标的梳理，同时利用试验来完成坐标系的建设。在控制点设置过程中，需要将影像信息与点位坐标顺利关联在一起，对其进行空三加密处理，利用立体测图技术对其进行处理，获取到满足实际大小需求的微地形模型。为了提升模型处理结果的精准性，也需要加入比例因子来进行设置，对其再次进行加密处理，进而提高地表模型分析结果的可靠性。另外，在模型构建过程中，也需要做好各环节的精度控制，以确保最终成图效果的可靠性。

2.4 模型精度的评价

完成上述工作后，需要进行模型精度评价工作，借助机械方法来完成地表微地形的数据测量，以获取的测量值来作为真实值，并且利用ATP方法来校核模型的可靠性，以满足精度评定的相关要求。一般情况下，会将中误差来作为精度的评价指标，所计算结果的中误差数值越小，其对应模型精准度越高。在具体评估过程中，以地表模型上的标注点坐标来作为相应的观测值，将得到的样点数据作为真值进行计算，分别在x、y 和z 方向上对于数据进行比对分析，以此来科学评估具体的坐标精度，起到评估模型精度的作用。而且借助ATP方法来对模型应用过程进行评价时，可以借助实测铁框内填充数据，来对基础模型参数进行梳理，从而提高评估结果的实用性。另外，借助相关参数信息也可以在某一因素出现变动时，对于其精度变形规律进行梳理，从而更快地完成精度分析，以满足模型应用过程的相关要求。

3 微地形建模优化处理措施

3.1 搭建微地形模型

在ATP方法应用背景下，为了对已有模型进行更良好的优化处理，可以结合要求来搭建微地形模型，在模型中也需要注意以下内容：为了更好地完成模型整理，在实际应用中，需要对一些实验模型进行建立，如建立10-15组地表模型，这些模型在应用中都需要确保地表应用内容的完整性，并且也需要确保地形纹理内容的一致性，这也为后续精度分析工作的开展奠定基础。而模型精度校验过程中的最理想方式，则是对应用模型中的各点三维坐标，以及真实地标的三维坐标来进行整理，也需要考虑到不同设备或软件应用过程的制约条件，以此为基础来完成坐标误差计算，起到了校核模型精准度的作用。除此之外，在搭建微地形模型时，也需要做好模型参数的分类存储，并且也需要做好属性数据备注，建立相应的数据库，以便于后续数据的提取和查询，提高所整理数据的完整性。

3.2 进行模型精度控制

在开展模型精度控制环节中，需要从以下几方面展开：①在模型评估过程中，需要将样点平面坐标点和高程坐标点，直接放置在同一地形模型中进行对比，借助低分辨率相机来对其进行拍摄，以得到可靠的数据分析结果。②在模型样点和实际检测点坐标展开分析结算时，需要对坐标在x、y、z 方向上的相关参数进行梳理，从而明确坐标相互间的相关性。在关系梳理过程中，需做好变量的选择工作，从而提高分析结果的可靠性。③按要求来进行实测与模拟数值之间中误差的优化计算，包括平面坐标和高程坐标两组数值的计算。在计算过程中，会使用到云计算技术、计算机技术，对于多组数据进行综合整理，从而提高计算结果精准度，满足后续应用需求。

3.2.1 进行相关性梳理。根据已经采集到的数据信息，按要求计算x、y、z 方向上模型系数和实测系数，结合以往得到的数据分析经验可以了解到，已有模型得到的三维坐标和实际测试过程中所得到坐标信息的系数范围在0.900000-0.999995，在x 方向上系数范围在0.999805-0.999995，y 方向上系数范围在0.999971-0.999995，z 方向上系数范围在0.900000-0.997935。这样也表示模型相互之间的关联性较强，x、y方向的相关系数一般会超过z方向上的数据参数。结合控制变量原则，可以得到以下分析规律：①可以根据不同分辨率的相机来建立相匹配的分析系数，而系数之间的大小关系为高分辨率＞中分辨率＞高低分辨率；②在不同模型拍摄高度影响下，其相关系数关系如下：0.5m＞1.0m＞1.5m；③在分析过程中，由于拍摄过程中的路径差异性较大，那么此时系数间的关系为常规路径＞O形路径[2]。④所有整理的数据也会进行集中存储，做好属性标记工作，为后续数据追溯工作的进行提供参考。

3.2.2 平面中误差控制。在平面精度的评估过程中，为了更好地完成评定工作，可以通过组建实验的方式来进行测定，如可以将10cm作为间隔，借此来进行 x 方向的中误差计算，而且在对y方向上进行误差计算时，也可以将10cm作为间隔，以此来完成中误差数据的计算。并且在计算过程中，也会按要求进行中误差数值和最小中误差数值的计算，随后将数据进行汇总，进行整体分析数据的整理。基于以往地分析数据可以了解到，相机分辨率越高，其对应的中误差数值越小，即拍摄高度为0.5m时，其误差数值最小，而拍摄高度为1.5m时，其误差数值最大。并且在y值不断增大的情况下，所建立的微地形模型中，数值在x方向上的中误差数值变化幅度并不明显，但是此时在x 方向上所对应中误差值也会呈现出凸态，随后误差值也会不断增加，从而增加误差产生的偏差值。但是x轴上偏离值与y轴上的中误差波动间关联性较弱，并不具备明显的关联性。

3.2.3 高程中误差控制。在高程精度的评估过程中，为了更好地完成评定工作，可以通过组建实验的方式来进行测定，如可以将10cm作为间隔，借此来进行 Z方向的中误差计算。并且在计算过程中，也会按要求进行中误差数值和最小中误差数值的计算，随后将数据进行汇总，进行整体分析数据的整理。基于以往地分析数据可以了解到，模型精度的评估，在很大程度上都会影响到高程内容的计算精度，高程精度越高，相对应模型精度也越高。并且在x值不断增大的情况下，所建立的微地形模型中，数值在z方向上的中误差数值变化幅度也开始增加，此时在z方向上所对应中误差值也会呈现出凸态，增加误差产生的偏差值。但是x轴上偏离值与z轴上的中误差波动间关联性较弱，并不具备明显的关联性。另外，在应用中z轴变化也会对模型关联性形带来影响，这也是需要进一步展开分析的内容。在所有分析活动中，需要确定变量的单一性，并且建立相对理想的分析环境，这样可以更好的分析参数相关性，满足相应的使用要求。

4 结束语

综上所述，采用人工倾斜摄影测量方法建立显微摄影三维高精度数值模型是科学可行的，通过建立相应的数据模型分析，可以有效地反映数据真实的有效性，提高测量的精度精准性，并广泛适用于显微摄影和大规模数码卡的制作。用1∶1比例尺测量微地形中高误差应小于2.5mm，采用了无人机人工交换技术，能够快速获取地面影像资料，实现大型3D模型接近真实1∶1，节省了无人机采购成本，无须考虑其耐久性，大大降低了三维建模的成本，具备了良好的应用推广价值[3]。