刍议倾斜三维实景模拟在大比例尺地形图测绘中的应用

刍议倾斜三维实景模拟在大比例尺地形图测绘中的应用

阮文唐

安徽省第一测绘院

摘要：当前大比例尺地形图对于测绘工作提出了新的成图成本与时间要求，以往所用测绘技术的缺点越来越突出。倾斜三维实景模拟技术能够满足高精度、高真实度、低成本的测绘应用需求，对于大比例尺测图有着较好的适用性。本文首先总结了航空摄影测量、遥感等测绘技术在大比例尺型地形图测绘应用中出现的问题，而后从像控点布设、航线规划、实景模型构建、地物元素提取与模型优化等角度分析了倾斜摄影三维实景模拟在当前大比例尺型地形图测绘工作中的应用要点，以此为此类地形图的高效、规范测图提供技术层面的参考方向。

关键词：倾斜三维实景模拟；大比例尺；地形图；测绘

“智慧化城市”“实景三维中国”等建设类项目逐步推进，三维实景建模技术得到大力发展与广泛应用，以无人机倾斜摄影等技术为基础的三维建模技术在应用过程中呈现出精度水平高、经济成本低、便捷灵活性较强的优点，为大场景式三维立体实景模型的构建提供了重要的技术支持。现结合大比例尺型地形图测绘需求，探讨倾斜三维实景模拟技术的应用情况。

1大比例尺地形图测绘面临的问题

大比例尺型地形图是当前土地管理、市政公用事业与城市规划等工作中不可或缺的基础资料，其对于测绘有着较高的技术要求，需要获取较为详细化的地理信息与地形要素。以往所用的各种测绘方法存在难以满足快速成图需求、成图周期过长以及测绘工作效率过低等问题。以航空摄影测量技术为例，应用该测绘技术对小面积范围内的地形进行测绘时，需要消耗较高的物力与人力成本，在精度方面可能难以达到1:500比例尺地形图对于测量精度的要求。GPS-RTK技术面临着多余观测缺失、易受地物干扰、易受卫星限制以及难以提供精确的高程数据等情况[1]。遥感影像技术仅能够提供分米级别的分辨率，不符合大比例尺型地形图的测绘要求。应用三维激光扫描技术时，在人工勾绘环节中有一定概率发生损失局部精度的问题，同时相关设备价格昂贵，技术普及应用难度较高。

2倾斜三维实景模拟在大比例尺地形图测绘中的应用

2.1建立无人机航摄系统

IMU姿态惯性测量系统、GNSS导航系统、相机与飞行平台共同组成了无人机航测系统。在该系统中，IMU姿态惯性测量系统可以通过实时化的方式输送飞行载体的各种姿态数据；GNSS系统同样以实时化的方式给无人机设备输送所有位置信息；飞行平台能够给其余测量、拍照等设备提供测绘所需的飞行载体。像控点能够为内业环节的三维模型建立操作提供控制数据与设计基准；借助飞行控制系统可以远程遥控无人机，确保其能够依照预设航线完成飞行任务；数据传输系统能够把航摄采集的数据传送至地面处的数据接收设备处。

2.2布设像控点

布设像控点前期，应对大比例尺地形图对应的测区相关资料进行全面采集，如地名资料、现有地形图、高程基准参数、坐标系统以及控制点成果等。编制航飞技术方案，同时需要对空域进行申请，全面检查与确认影像拍摄间隔、航高航带架次数、影像重叠度、地面分辨率以及所用传感器运行状态等情况。

布设像控点时，可面向测区，选取特征较为明显突出的固定点，或者通过制作典型标志物的方式来获取控制点。控制点的布设数量与分布方式会给三维实景模型的质量带来直接的影响。具体需要结合模型对于精度的要求、地物密度以及地物结构的实际复杂程度来展开布设。针对地形图的测绘需要，可选择区域网布设方法，选取38个像控点，进行平差计算时需要使用28个像控点，剩余10个可发挥出检查点的作用。通过RTK来量测像控点。

2.3规划航线

飞行路径、航向旁向重叠情况、飞行相对高度以及相机参数等均是航线规划环节中需要考虑的影响因素，飞行路径对于测绘成本以及作业效率等方面有着不容忽视的影响。无人机设备进行连续化的航行与拍照时，应保持合理的转弯半径，因此规划与设计航线时，应当对转弯半径相关的约束条件进行重点关注。“之”字形航线由于受到转弯半径因素的影响，存在过大的无效覆盖面积，所以可以选择作业效率更高的“井”字形航线。将传感器搭载到无人机设备上，从多个差异化倾斜角度来获取地形数据，以此来实现高效、灵活测量目标，在工作时长方面，可以小时为计算单位，切实缩短测绘项目工作周期，只需配备无人机操作者与少量其他的外业人员，人工成本也得到有效降低[2]。

2.4生产立体像对与实景三维模型

处理倾斜摄影数据时需要完成预处理影像、影像密集匹配以及空三测量等操作。影像在飞行控制、相机误差以及光照条件等技术、环境等因素的共同作用下可能会产生过大的对比度差异或者扭曲、变形等情况。基于保障影像精度的目标，应检查影像质量并实施匀光匀色与校正畸变等处理措施。同时还应根据统一标准，为POS数据与影像进行编号，针对POS数据坐标系与影像的差异情况，展开坐标转换。可借助自动化的影像处理系统来直接完成影像预处理操作、空三加密操作以及结果输出操作，从而获取立体像对。

依靠Context Capture等软件来构建分辨率较高的三维实景模型，以此可减少人工干预，提高建模效率与精准度。借助测区范围中的点云数据来将各区域打造成相互连接的三角形网络，点的位置与密度决定着三角形的大小与形状，这一TIN构建环节可利用软件以自动化的方式推进。再借助软件来于影像数据中完成纹理计算任务，同样依托自动化的方式向与对应的白模中映射，即可构建出三维实景模型。借助分层显示技术来输出模型，具体可设置OSGB格式与3D mesh格式。

2.5采集地形要素

以立体像对为基础来采集地形要素时，可选择三维智能MapMatrix3D图阵测图系统，期间需要内业人员借助立体眼镜来完成测图任务[3]。该方法的优势在于能够精准地对测区中的独立式杆状物进行有效识别，但是也给内业人员提出了较为严苛的专业性要求。以三维实物模型为基础来完成地形要素采集任务时，可依靠EPS软件来实现，以OSGN格式来加载模型相关数据，再直接运用裸眼的方式完成测图工作。采用该测图技术时，可以直接对测区之中的房屋建筑主体结构数据进行采集，并将建筑层数识别出来并实施标记，采集与分辨裸露地表以及各类坎时也能够达到较高的精确度，对于内业人员业务过多的要求。但是其也存在一定的缺点，比如对于航拍质量存在较为严格的要求，建模以及空三速度较慢，需要耗费较多的时间；从建模效果来看，对于航区中的电杆等独立存在的杆状物品具有相对较低的识别度，难以有效采集到相关数据，很难有效获取建筑物遮挡区域以及植被覆盖区域的数据。

2.6优化模型

针对实景模型中因地物之间的距离过短以及拍摄角度等因素而引发的遮挡现象，应为遮挡物纹理实施移除处理或者修复遮挡区域，以免影响模型精度。可围绕色调差异以及形状来对遮挡物实施差异化的处理。比如树冠遮挡物以绿色为主要纹理色调，以面状为主要几何形状，其色调空间较为特殊，侧面纹理信息具有明显差异。可按照这些特征来对色调空间等约束条件加以利用，初步提取树冠遮挡物后，再依托形状信息来完成精确提取操作。

3结论

运用倾斜三维实景模拟技术来推进大比例尺型地形图测绘任务后，地形图的整饰质量、地理精度、属性精度与数学精度均能够满足质量要求。相比遥感、GPS-RTK等传统测图技术，该项以无人机航测系统为基础的测图技术有助于缩短成图时间，降低内外业人力成本，可在小区域范围内的大比例尺型地形图的快速测绘中推广这一测图技术。

参考文献

[1]卜全民,赵小乔,李涛.无人机倾斜摄影三维实景建模及其优化技术研究[J].江苏警官学院学报,2022,37(03):122-128.

[2]李晓斌,林志军,杨玺等.基于激光扫描和倾斜摄影技术的三维实景融合建模研究[J].激光杂志,2021,42(08):166-170.

[3]于丽丽.基于无人机倾斜摄影测量技术的城市三维实景建模研究[J].测绘与空间地理信息,2021,44(05):86-88.