機(jī)載LiDAR 與傾斜攝影測量在區(qū)域三維建模中的應(yīng)用

謝梅秀 楊朝興 劉韋華

（江西省煤田地質(zhì)局測繪大隊(duì)，江西 南昌330001）

三維建模是工程測量工作的一種常用技術(shù)方法，比如在某城市地區(qū)進(jìn)行區(qū)域性三維建模，能夠?yàn)樵搮^(qū)域測量工作的順利、有序開展提供有效信息支撐。而從區(qū)域三維建模效率提升角度考慮，合理選擇科學(xué)技術(shù)非常關(guān)鍵。其中，機(jī)載LiDAR 集成了GPS、IMU 以及激光掃描儀，而傾斜攝影則可對(duì)建筑物紋理進(jìn)行采集，具有建模效率高的優(yōu)點(diǎn)[1]。因此，在區(qū)域三維建模工作中，可合理、科學(xué)地應(yīng)用機(jī)載LiDAR 與傾斜攝影測量技術(shù)方法。

1 機(jī)載LiDAR 與傾斜攝影測量技術(shù)

1.1 機(jī)載LiDAR。機(jī)載LiDAR，即機(jī)載激光雷達(dá)，是一種激光探測及測距系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成了GPS 技術(shù)、IMU 技術(shù)以及激光掃描儀。當(dāng)中，激光掃描儀為主動(dòng)傳感系統(tǒng)，通過對(duì)返回的脈沖加以應(yīng)用，能夠?qū)⑻綔y目標(biāo)高分辨率的距離、坡度、粗糙度以及反射率等信息獲取出來[2]。同時(shí)，被動(dòng)光電成像技術(shù)，則能夠?qū)⑻綔y目標(biāo)的數(shù)字成像信息獲取出來，進(jìn)一步通過地面信息處理，使逐個(gè)地面采樣點(diǎn)的三維坐標(biāo)生成出來，最終通過整體處理獲取一定條帶的地面區(qū)域三維定位與成像成果。

1.2 傾斜攝影測量技術(shù)。對(duì)于傾斜攝影測量技術(shù)來說，是在國際測繪領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛且價(jià)值作用顯著的一種現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)突破了正射影像只能從垂直角度進(jìn)行拍攝的局限性，采取基于同一飛行平臺(tái)進(jìn)行多臺(tái)傳感器搭載的方式，同時(shí)基于一個(gè)垂直、四個(gè)傾斜等五個(gè)不同角度對(duì)目標(biāo)影像進(jìn)行采集，使目標(biāo)影像的視覺效果增強(qiáng)[3]。值得注意的是，傾斜攝影測量技術(shù)的特點(diǎn)包括真實(shí)性、高效率以及高性價(jià)比，能夠采集建筑物紋理，且建模效率頗高。因此，該項(xiàng)技術(shù)在相關(guān)工程區(qū)域三維建模工作中具備廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

2 機(jī)載LiDAR 與傾斜攝影測量在區(qū)域三維建模中的具體應(yīng)用

如前所述，對(duì)機(jī)載LiDAR 與傾斜攝影測量技術(shù)有了一定程度的了解。從相關(guān)測量工程區(qū)域范圍內(nèi)三維建模工作效率提升角度考慮，可合理科學(xué)地應(yīng)用機(jī)載LiDAR 與傾斜攝影測量技術(shù)?？偨Y(jié)起來，機(jī)載LiDAR 與傾斜攝影測量技術(shù)在其中的具體應(yīng)用方法如下：

2.1 總體建模技術(shù)框架分析。區(qū)域三維建模，通常指的是在城市區(qū)域性測量作業(yè)開展過程中，對(duì)特定區(qū)域進(jìn)行三維建模，通過三維模型的建立，為后續(xù)測量工作的順利、高效開展提供有效支持[4]。在區(qū)域三維建模工作開展過程中，利用機(jī)載LiDAR與傾斜攝影測量技術(shù)，可以直觀且真實(shí)地將測量工程區(qū)域性狀況反映出來。與此同時(shí)，通過此類建模方法，可以將大范圍地物空間信息獲取出來，同時(shí)獲取多個(gè)角度的影像信息，使測量工程區(qū)域范圍內(nèi)的三維地形情況真是反映出來。如下圖所示，為工程測量作業(yè)中區(qū)域三維建模技術(shù)流程圖。值得注意的是，在區(qū)域三維建模中，機(jī)載LiDAR 與傾斜攝影測量技術(shù)的應(yīng)用需嚴(yán)格按照其技術(shù)流程實(shí)施，以此確保區(qū)域三維建模的可行性及高效性。具體包括：（1）基于區(qū)域三維建模期間，首先需將過濾后的地面點(diǎn)內(nèi)插成規(guī)則網(wǎng)格DEM，然后把DOM疊加至規(guī)則網(wǎng)上，使地形三維模型有效生成；（2）基于建筑物建模過程中，需將分類后的建筑物點(diǎn)云，和空間定位后的傾斜影像，導(dǎo)入至相關(guān)軟件中，描繪出建筑物輪廓之后，通過立面剖分、細(xì)節(jié)編輯、紋理貼圖等處理，得到完整的建筑物模型；（3）針對(duì)地面模型和建筑物模型做好整合處理，使區(qū)域三維模型有效生成。

工程測量作業(yè)中區(qū)域三維建模技術(shù)流程圖

2.2 地面建模技術(shù)要點(diǎn)。地形模型屬于區(qū)域三維模型的基礎(chǔ)，要想使其其精度得到有效保障，這樣才能夠使區(qū)域地理空間分析結(jié)果的準(zhǔn)確性得到有效提高。在使用機(jī)載LiDAR 與傾斜攝影測量技術(shù)聯(lián)合的方式進(jìn)行地形模型構(gòu)建過程中，首先，針對(duì)原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)做好濾波處理，然后將區(qū)域地面點(diǎn)有效獲取出來。其次，針對(duì)濾波后的點(diǎn)云做好數(shù)據(jù)內(nèi)插處理，由于需確保地形的精度，并確保編輯地形的便利性，需落實(shí)距離權(quán)重方法，將地面點(diǎn)內(nèi)插為1×1m 的規(guī)則格網(wǎng)。最后，將對(duì)象化之后的DOM與規(guī)則格網(wǎng)超三維平臺(tái)軟件導(dǎo)入，并把DOM疊加至規(guī)則格網(wǎng)中，讓區(qū)域范圍內(nèi)的地形模型有效生成出來。

2.3 建筑物建模技術(shù)要點(diǎn)?；趨^(qū)域三維模型中，建筑物是核心要素之一，因此掌握建筑物建模技術(shù)非常有必要。需注意，建筑物模型屬于單體線框模型，在建模過程中首要工作是基于分類之后的點(diǎn)云中將建筑物點(diǎn)云提取出來，進(jìn)一步根據(jù)空間定位后的傾斜影響建筑物的輪廓進(jìn)行描繪。因高層建筑的投影效果不夠理想，通過影像勾勒出來的建筑物輪廓與實(shí)際坐標(biāo)之間稍有誤差，所以需將點(diǎn)云數(shù)據(jù)作為參考依據(jù)，將輪廓線移動(dòng)到覆蓋點(diǎn)云邊界中。對(duì)建筑物輪廓信息加以確定的基礎(chǔ)上，需對(duì)建筑物的高程、高度信息掌控好。并加入機(jī)載LiDAR 將建筑物頂部、側(cè)面、地面多角度的坐標(biāo)獲取出來。并且，還有必要針對(duì)建筑物點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行立面剖分，結(jié)合頂部、附近地面點(diǎn)，對(duì)建筑物的高程、高度確定下來。最后，把模型向3DMax 中導(dǎo)入，通過精編輯，讓建筑物模型有效構(gòu)建。

2.4 模型整合處理技術(shù)要點(diǎn)。在上述地形模型與建筑物模型構(gòu)建成功之后，需進(jìn)一步完成模型整合?；趯I(yè)的軟件當(dāng)中，分別對(duì)地形模型與建筑物模型進(jìn)行加載處理，然后將道路模型與景觀模型導(dǎo)入進(jìn)去，完成對(duì)全部子模型的精編輯，確保和地形模型之間實(shí)現(xiàn)無縫銜接，使最終的成果可以朝專業(yè)三維平臺(tái)軟件當(dāng)中導(dǎo)入，在工程項(xiàng)目的各項(xiàng)測量工作當(dāng)中[5]。此外，值得注意的是，相關(guān)工程項(xiàng)目區(qū)域范圍內(nèi)，除了建筑物以外，還包括一些其他模型，如果每一個(gè)模型均為單獨(dú)文件，在重新加載模型過程中，需對(duì)每個(gè)文件進(jìn)行加載?？紤]到管理及維護(hù)的便利，有必要把模型導(dǎo)入3DMax 當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)有效整合，但是此軟件不屬于三維模型平臺(tái)軟件，在模型加載能力上存在局限性，1次僅可加載1-2 平方千米。所以，針對(duì)每一個(gè)區(qū)域的模型加載完成以后，需另存一個(gè)文件，最終把全部文件加載至三維平臺(tái)軟件Skyline 當(dāng)中，形成區(qū)域性整體三維模型。

綜上所述，在區(qū)域三維建模中，機(jī)載LiDAR 與傾斜攝影測量技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值頗高。在實(shí)際應(yīng)用過程中，需明確總體建模技術(shù)框架流程，然后做好地面建模、建筑物建模作業(yè)，進(jìn)一步通過模型整合處理技術(shù)的應(yīng)用，使區(qū)域性整體三維模型得到有效生成，為相關(guān)工程區(qū)域測量工作效率及質(zhì)量的提高奠定夯實(shí)的基礎(chǔ)。