基于“多测合一”的部件级实景三维建设探索

摘要：文章以贵阳市甲秀楼部件级实景三维建设为例，研究基于无人机倾斜摄影、贴近摄影测量技术在工程建设项目“多测合一”中应用推广的可行性，探索通过倾斜摄影、贴近摄影测量技术[1-2]等手段形成甲秀楼部件级实景三维模型，结合新型基础测绘体系建设中实景三维建设的要求，进行二、三维地理实体构建，最后形成“多测合一”竣工验收的部件级实景三维成果，以为自然资源管理部门提供更为详尽、真实、准确的基础数据，也可作为实景三维贵阳贵安建设众源数据之一，为实景三维中国建设添砖加瓦。

关键词：贴近摄影测量；多测合一；三维建模；地理实体；部件级实景三维模型

中图分类号：TP3 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）19-0101-03

0 引言

自然资源部印发的《实景三维中国建设总体实施方案（2023—2025年）》中明确指出，可通过公共财政支持、市场化运作等多元投入方式来开展部件级实景三维建设。传统的“多测合一”测绘成果主要以数字线划图为表达形式；然而，在新型基础测绘业务格局之下，实景三维已成为基础测绘的主要成果展现方式。笔者认为，“多测合一”测绘业务与部件级实景三维建设高度契合。本文从“多测合一”竣工验收阶段的测绘业务切入，研究和探索基于“多测合一”的部件级实景三维建设，其中，无人机技术与新型测绘技术的结合是实现此目标的重要手段之一。

1 建设思路

贵州省“多测合一”竣工验收阶段的主要测绘成果形式包括竣工地形图、竣工平面图、建筑分层平面图、竣工图片及汇总表等文档资料。根据实景三维建设的技术要求，“多测合一”竣工验收测绘成果要以部件级实景三维成果形式体现，第一步是利用无人机倾斜摄影测量技术获取竣工范围的倾斜数据，制作竣工区域的三维场景表达；第二步利用倾斜模型数据生产二维地理实体数据，并挂接相应的属性信息，同时在此基础上派生竣工地形图、竣工平面图、建筑分层平面图；第三步通过贴近摄影测量对竣工区域建筑物、构筑物及附属设施进行数据采集，实现建筑物、构筑物及附属设施的三维精细化模型重建。最终形成一套完整的既达到现行“多测合一”竣工验收要求的测绘成果，又符合实景三维建设要求的部件级实景三维成果。其技术路线如图1所示。

2 建设内容

2.1 数据获取

本文以贵阳市甲秀楼部件级实景三维建模为例[3-5]，甲秀楼位于贵阳市南明河上，是贵阳文化历史的见证，其建筑特点是三层三檐四角攒尖顶阁楼式建筑，楼层逐层收进，楼整体由石拱“浮玉桥”连接两岸，桥面至楼顶高约20米，由12根石柱托檐，楼边护以白色雕花石栏杆合围。选择甲秀楼进行部件级实景三维建模，主要是因为其具有一定的复杂性，便于探讨和总结在部件级实景三维建设中成本控制及实践经验。

利用无人机对甲秀楼景区大约0.05平方千米区域进行3cm的倾斜摄影，对甲秀楼建筑及周边附属设施进行分辨率优于1cm的贴近摄影测量所需影像采集[5]。对建筑的彩绘图案、雕刻等重点细节及无人机无法进入的区域，主要集中在一楼外的廊道，需要补拍影像数据，以保证建模纹理细节的完整性。经过研究对比，选择了具有卫星定位、惯导和视频摄影测量RTK设备进行补拍，既能保障精度又能满足后期三维建模要求，可以作为贴近摄影测量数据的一种便捷有效的补充手段。航线点云数据如图2所示。

2.2 空三建模

将无人机倾斜影像、贴近摄影影像、RTK补拍影像、控制点成果导入建模软件中分别进行空三加密。1） 无人机倾斜影像使用地面控制点进行平差，并生成粗模[6]；2） 贴近摄影影像结合补拍影像进行密集匹配，为保证和前者数据具有统一的空间参考基准，从倾斜影像生成的粗模中选取明显特征点作为控制点辅助贴近摄影影像进行空三加密。

要得到倾斜影像和贴近影像融合后的精细化模型，需要对两者空三成果进行融合，即空三加密点的融合拼接。在融合拼接完成后，利用建模软件构建TIN结构，对三角网进行优化，选择最佳的目标影像进行纹理映射与优化，划分精细三维模型小区域瓦片，通过多节点集群系统并行处理，完成三维模型重建。

在三维重建基础上进行检查，检查航片质量，剔除不合格的影像，检查模型是否存在空洞、拉花、漂浮物等不合格项，对影响模型效果的质量问题进行修复，如果影响重建效果还须进行补拍。均无误后可以详细浏览所建成的甲秀楼实景三维模型的精细化纹理，碑文上的刻字清晰可见，景区导览二维码可在浏览器上进行扫描识别，楼体和牌坊的檐廊下雕花、镌刻图案栩栩如生，色彩纹理反映得明艳真实，达到对建筑单体的部件级实景三维建模效果，如图3所示。

2.3“ 多测合一”地理实体分类

“多测合一”地理实体分类标准的确定是进行二维地理实体生产的前提，分类中涉及的建筑物、构筑物之类的地理实体可直接按新型基础测绘基础地理实体分类，涉及规划控制方面的地理实体可以归到管理实体的一级类（国土空间规划）中二级类（规划控制线）里，包括规划用地红线、规划道路红线、绿化保护带、河道保护蓝线、历史文物保护紫线、高压走廊黑线等。

2.4 二维地理实体生产

2.4.1 地理实体方案配置

在进行地理实体生产之前须对地理实体进行方案配置。根据“多测合一”地理实体分类标准：1） 定制FeatureCodeTB表（一般称为编码表），设置编码、实体名称、图层、线宽、颜色、对象类型（点、线、面）等内容，通过字段名称、字段含义、字段说明三项对编码表进行详细说明，如表1所示。2） 主要依据2017版国家基本比例尺地形图图式定义各要素的符号化样式，通过修改符号描述表进行（SymbolScriptTB表）。按照地物类型及其图式符号特征，EPSE地理实体工作站基本可以分为七大类符号定制方式。属性表的字段由基本属性加该图层内所有实体的专用属性的并集组成，包含字段名、字段别名、字段类型、字段描述、值域等。

2.4.2 地理实体定义

按照“多测合一”地理实体分类标准对实体进行定义。根据现实世界中已知的信息，预定义基本实体关系，在生产过程中，根据实际应用需要增加、修改、删除实体关系。同时，定义地理实体语义规则，可根据语义化应用需要对地理实体语义关系进行增加、修改、删除。

2.4.3 地理实体生产

在进行地理实体方案配置、地理实体定义工作后，开始进行地理实体生产工作，全要素地形数据和地理实体的数据格式采用山维EPS的EDB格式。地理实体制作的流程包括源数据收集分析、实体编辑、语义化处理、数据质检4个环节。源数据是处理好的竣工区域倾斜模型，在倾斜模型上进行实体图形和属性的采集、编辑。实体编辑主要为线实体和面实体的编辑，属性采集、编辑主要为对属性信息的提取，如道路名称、建筑层数面积等。语义化处理包括实体属性挂接、属性编辑、空间身份编码赋值、实体关系构建等，生产过程中要对实体分类名称赋值，还要对实体身份编码赋值，以便生产软件自动构建实体关联关系；最后根据实体建立规则定制质检方案和质检功能，对实体图形从空间逻辑、实体属性、实体关系等多个维度的质量检查，满足质检规范要求。质量检查通过后，在实体数据基础上派生竣工地形图，制作竣工平面图、建筑分层平面图。

3 工作量测算

通过上述工作完成甲秀楼部件级实景三维的建设以后，笔者对工作量进行了测算，目的是对基于“多测合一”竣工验收中的部件级实景三维生产可推广性和成果的多样性、可用性进行评估。

经过测算，竣工现场数据采集花费6小时，按一个工作日计算。地理实体生产3小时，按半个工作日计算。建模空三运算耗时4小时，三维建模耗时8小时，是建模软件自动运算，24小时运行，可基本不占用工作时间。完成甲秀楼部件级实景三维工作大约需要两个工作日。甲秀楼部件级实景三维能提供的成果包括竣工范围内倾斜模型及派生真正射影像（TDOM） 、数字高程模型（DEM） 、数字表面模型（DSM） ，二维地理实体及派生的数字线划图（DLG） 。按现行的工作方式对甲秀楼区域进行竣工测量并完成最终成果提交所需时间大约一个工作日。

4 结束语

目前，“多测合一”竣工验收成果主要是二维的DLG线划图，对验收项目整体信息反馈相对抽象、单一。结合新型基础测绘体系建设和实景三维中国建设的推进，笔者通过研究、实践，探索出一些有意义的经验。一是摸索出一套基于“多测合一”竣工验收中的部件级实景三维生产全新的、可行的工艺流程；二是部件级实景三维模型能够提供精细的、丰富的纹理细节信息，而地理实体数据成果将模型语义化，两者结合使它既能真实地反映竣工建筑物实体的纹理和属性信息，满足行业管理部门查询、浏览、规划设计等功能需求，又能满足建设项目实行精细化、数字化管理的需要；三是助力数字政府建设，为城市更新、应急救灾等提供支撑服务，还可通过“互联网+”技术打造数字文旅，实现文化旅游的线上导览，为文物建档、修缮保护等提供数字化文档资料；四是竣工验收部件级实景三维模型可作为实景三维中国建设的数据源之一，避免重复测绘，减少时间和财政的多次投入，达到节能增效的目的。随着科技的不断发展，实景三维在“互联网+”、云计算等技术的背景下产生了良好的经济效益，具有广阔的应用前景，但是在数据轻量化、软硬件配套等方面还需要一段时间的摸索，我们将在今后的应用中持续探索，精益求精。

参考文献：

[1] 苗志成，杨永崇，于庆和，等.贴近摄影测量在单体建筑物精细化建模中的应用[J].遥感信息，2021，36（5）：107-113.

[2] 黎娟，李昊燔，王伟峰.基于贴近摄影测量技术的实景精细建模[J].测绘与空间地理信息，2021，44（11）：40-42，47.

[3] 张春明，荣幸.无人机倾斜摄影测量在历史建筑测绘中的应用[J].经纬天地，2020（4）：44-49.

[4] 李天.基于环绕式倾斜摄影的塔式建筑精细三维建模[J].测绘通报，2019（S1）：318-321.

[5] 张军，吴永春.基于高精度DSM的无人机贴近摄影测量航线设计方案[J].矿山测量，2020，48（5）：110-112.

[6] 买小争，冯学胜，颜振能，等.贴近摄影影像与倾斜影像融合精细化建模方法[J].北京测绘，2022，36（9）：1188-1192.

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