淺析傾斜攝影技術(shù)在城鄉(xiāng)規(guī)劃中的應(yīng)用

張凌瑞

太原市城鄉(xiāng)規(guī)劃測(cè)量中心 山西 太原 030002

前言

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新的測(cè)量技術(shù)。它改變了以往航測(cè)遙感影像只能從垂直方向拍攝的局限性，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)通過(guò)多臺(tái)傳感器從不同的角度進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，快速、高效獲取豐富的數(shù)據(jù)信息，真實(shí)地反映地面的客觀情況，滿足人們對(duì)三維信息的需求。目前，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)踐[1]。傾斜攝影能夠快速、大范圍的獲取地表自然地物或人工建筑的整體三維模型。與傳統(tǒng)手工三維建模相比，傾斜攝影生成的三維模型具有紋理真實(shí)感強(qiáng)，建模效率高等突出特點(diǎn)。以傾斜攝影成果作為城市規(guī)劃的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，可以使規(guī)劃方案的展示在三維環(huán)境下更加直觀形象，可以通過(guò)日照分析、視線分析等三維分析方法對(duì)規(guī)劃方案進(jìn)行更科學(xué)有效的評(píng)價(jià)。

1 概述

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新的測(cè)量技術(shù)。它改變了以往航測(cè)遙感影像只能從垂直方向拍攝的局限性，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)通過(guò)多臺(tái)傳感器從不同的角度進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，快速、高效獲取豐富的數(shù)據(jù)信息，真實(shí)地反映地面的客觀情況，滿足人們對(duì)三維信息的需求。目前，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)踐。傾斜攝影能夠快速、大范圍的獲取地表自然地物或人工建筑的整體三維模型。與傳統(tǒng)手工三維建模相比，傾斜攝影生成的三維模型具有紋理真實(shí)感強(qiáng)，建模效率高等突出特點(diǎn)。

2 數(shù)據(jù)處理

2.1 空三處理

三維建模軟件的空三解算過(guò)程主要分三步。首先需要提取每張照片上的特征點(diǎn)，接下來(lái)通過(guò)特征點(diǎn)進(jìn)行同名像點(diǎn)匹配，生成大量的連接點(diǎn)，最后根據(jù)匹配信息以及輸入的像片控制點(diǎn)進(jìn)行光束法平差，剔除粗差點(diǎn)，解算出連接點(diǎn)的實(shí)地坐標(biāo)及每張像片的外方位元素。實(shí)際項(xiàng)目中使用了26個(gè)像控點(diǎn)參與空三解算，剩余20個(gè)點(diǎn)作為檢核點(diǎn)進(jìn)行精度檢驗(yàn)。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)，控制點(diǎn)平面中誤差為6.3cm，高程中誤差4.1cm，檢查點(diǎn)平面中誤差為5.9cm，高程中誤差4.9cm，考慮到實(shí)際項(xiàng)目中像片的地面采樣間隔為5cm，基本將誤差控制在一個(gè)像素大小，空三成果精度較為理想。

2.2 三維模型生成

空三解算通過(guò)后，利用三維建模軟件的建模功能，通過(guò)影像同名點(diǎn)匹配技術(shù)，可生成基于真實(shí)影像的超高密度點(diǎn)云，再根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成數(shù)字表面模型（DSM），并自動(dòng)將紋理映射到DSM上，并以此生成基于真實(shí)影像紋理的高分辨率實(shí)景真三維模型，形成整體的三維模型數(shù)據(jù)。這種三維模型對(duì)真實(shí)場(chǎng)景在原始影像分辨率下的全要素級(jí)別的還原達(dá)到了無(wú)限接近真實(shí)的極致[2]。

3 數(shù)據(jù)應(yīng)用

城市規(guī)劃需要使用地形圖、影像圖、三維模型等多種形式的地理信息數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。傾斜攝影成果通過(guò)處理，可以轉(zhuǎn)化為上述類型的數(shù)據(jù)加以利用。

3.1 精度檢測(cè)及質(zhì)量評(píng)定

三維實(shí)景模型可以多角度的觀察項(xiàng)目區(qū)地物，并可以獲取建筑物的位置、高度以及地面高程等信息，將規(guī)劃審批資料和竣工測(cè)量報(bào)告與三維實(shí)景模型進(jìn)行比對(duì)分析，很容易發(fā)現(xiàn)三者的不同之處，為規(guī)劃行政審批部門提供真實(shí)可靠的竣工核實(shí)報(bào)告。

3.2 空三加密及實(shí)景三維建模創(chuàng)建

在獲取地面高分辨多視影像的基礎(chǔ)上，基于DP－Smart專業(yè)軟件平臺(tái)，對(duì)多視影像進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差、空三加密。利用影像密集匹配技術(shù)計(jì)算同名點(diǎn)坐標(biāo)，進(jìn)而生成對(duì)應(yīng)地物高密度點(diǎn)云數(shù)據(jù)，基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)來(lái)構(gòu)建地物TIN模型、自動(dòng)映射紋理來(lái)創(chuàng)建模型，最后得到項(xiàng)目區(qū)實(shí)景三維模型。

3.3 真正射影像生成

傳統(tǒng)的數(shù)字正射影像圖是在數(shù)字高程模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行生產(chǎn)的，影像圖上的房屋、橋梁等建筑具有投影差，嚴(yán)重影響了影像圖的準(zhǔn)確判讀。真正射影像是將正射影像糾正為垂直視角的影像產(chǎn)品，表現(xiàn)為地形、建筑物等要素沒(méi)有投影差、建筑物間無(wú)遮擋的正射影像圖，全面無(wú)遺漏地展現(xiàn)了地面上的物要素。以傾斜攝影空三處理結(jié)果為定位基礎(chǔ)，以生成三維模型時(shí)的高精度DSM 數(shù)據(jù)為高程數(shù)據(jù)源，對(duì)原始影像中的下視影像進(jìn)行正射糾正，利用其他方向的影像對(duì)遮擋部分進(jìn)行修補(bǔ)，便可生成真正射影像。

3.4 利用傾斜攝影模型進(jìn)行地形圖測(cè)繪

與用傳統(tǒng)的攝影測(cè)量方式不同，采用傾斜攝影模型進(jìn)行地形圖測(cè)繪，不需要專業(yè)的立體顯示設(shè)備，對(duì)作業(yè)人員的立體感沒(méi)有特殊要求，可以直接在三維模型上對(duì)地物進(jìn)行量測(cè)。傾斜攝影模型可以準(zhǔn)確定位建筑物的側(cè)立面，因而在勾畫建筑物時(shí)可以直接勾畫其建筑主體，省略掉了房檐改正的環(huán)節(jié)，并且可以判讀出房屋的層數(shù)，減少了外業(yè)調(diào)繪的工作量。使用清華山維軟件進(jìn)行傾斜攝影模型測(cè)圖，需要先把三維建模生成的 osgb格式三維模型轉(zhuǎn)換為 dsm 格式的數(shù)據(jù)，接下來(lái)加載轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。軟件會(huì)自動(dòng)打開(kāi)一個(gè)三維模型窗口和一個(gè)二維矢量窗口，兩個(gè)窗口會(huì)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，在三維窗口描繪的地物會(huì)自動(dòng)顯示在二維窗口中。對(duì)于比較規(guī)整的矩形房屋，可以選擇“五點(diǎn)房”功能進(jìn)行繪制；對(duì)于不規(guī)則房屋，可以通過(guò)按住 ctrl 鍵捕捉每個(gè)角點(diǎn)的方式繪制。除了房屋之外，水系、管線、道路、植被、地貌等信息均可以按照類似的方式在立體模型上進(jìn)行采集。

4 結(jié)束語(yǔ)

利用傾斜攝影方式進(jìn)行城市規(guī)劃基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的生產(chǎn)，具有獲取速度快，覆蓋范圍大，數(shù)據(jù)精度高，模型真實(shí)感強(qiáng)，二三維一體化，成果應(yīng)用形式多樣等特點(diǎn)。隨著城市規(guī)劃逐步轉(zhuǎn)向信息化、智能化、三維化，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)生產(chǎn)手段已逐漸難以滿足高水平城市規(guī)劃管理的需求，傾斜攝影技術(shù)將會(huì)在城市規(guī)劃中得到更廣泛的應(yīng)用。