實(shí)景三維建模與大比例尺測圖

肖媛

摘要：DLG是地形圖上現(xiàn)有核心要素信息的矢量格式數(shù)據(jù)集，它可以隨機(jī)滿足各種空間分析要求，并與其它信息重疊，根據(jù)需要可以篩選或者直接顯示部分信息的實(shí)景三維模型。如今，基于現(xiàn)代無人機(jī)實(shí)景三維傾斜攝影技術(shù)的模型構(gòu)建正在得到應(yīng)用和開發(fā)，捕獲的圖像紋理真實(shí)和數(shù)據(jù)采集高精度的優(yōu)點(diǎn)對未來信息技術(shù)發(fā)展具有重要意義?，F(xiàn)代無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)與實(shí)景三維建模技術(shù)相結(jié)合，為未來的數(shù)字智慧城市開創(chuàng)了新局面。本文主要分析實(shí)景三維建模與大比例尺測圖。

關(guān)鍵詞：傾斜攝影測量;三維模型;數(shù)字線劃圖

引言

三維傾斜攝影建模技術(shù)是基于無人機(jī)進(jìn)行的近年逐步發(fā)展起來的新型測量技術(shù)，而在此之前，三維攝影建模手段主要基于CAD的建模、激光三維掃描建模技術(shù)等。激光掃描建模技術(shù)主要以地面激光掃描三維建模和機(jī)載激光掃描建模兩種方式為主。

1、空中三角測量

1.1區(qū)域網(wǎng)平差方法

空中三角測量的方法很多，但是這里我們主要介紹一些區(qū)域網(wǎng)平差的方法。比較區(qū)域網(wǎng)的三種主要方法：航帶法、光束法、獨(dú)立模型法。不管哪一個(gè)方法都通過空中三角測量來捕獲加密點(diǎn)的地標(biāo)和像片的外部方位元素，從而進(jìn)一步為數(shù)字高程獲取和DLG生成提供高精度方位結(jié)果。

1.2光束法區(qū)域網(wǎng)平差示例

根據(jù)光束法區(qū)域網(wǎng)平差的原理，從旁向或航向中選出相互重疊的兩張像片，在兩張像片重疊部分選出四個(gè)已知控制點(diǎn)K1、K2、K3、K4，再從上面點(diǎn)出一個(gè)未知點(diǎn)K5（方便到實(shí)地尋找的房角點(diǎn)或者道路交叉口點(diǎn)）。因光束法區(qū)域網(wǎng)平差是以像點(diǎn)坐標(biāo)作為觀測值，理論較為嚴(yán)謹(jǐn)，只有在提前消除像點(diǎn)坐標(biāo)的系統(tǒng)誤差后，才能得到符合要求的加密成果。由上述數(shù)據(jù)已知4個(gè)點(diǎn)的像片坐標(biāo)和相對應(yīng)的地面坐標(biāo)，而選中的未知點(diǎn)K5也是已知的像片坐標(biāo)，那么我們需要獲得的是6個(gè)外方位元素和K5的地面坐標(biāo)，即9個(gè)未知數(shù)，根據(jù)共線方程式，我們至少需要10個(gè)方程才可以解答出這9個(gè)未知數(shù)。其次，由于共線方程是非線性函數(shù)模型，為了便于計(jì)算，將共線方程以及待測點(diǎn)的地面坐標(biāo)進(jìn)行線性化并取一次小值項(xiàng)。簡單來說，空中三角測量就是通過共線方程式，結(jié)合已知控制點(diǎn)、POS數(shù)據(jù)等相關(guān)信息，獲得加密點(diǎn)的坐標(biāo)，從多數(shù)坐標(biāo)中得到影像的準(zhǔn)確位置，在每張像片之間生成連接點(diǎn)。

2、航標(biāo)實(shí)景三維模型單體化

航標(biāo)是通過特定的視覺、聽覺、無線電標(biāo)志和信號維護(hù)交通通暢、保障航行安全的助航標(biāo)志設(shè)施。為了有效支撐航道三維場景的動(dòng)態(tài)化管理，需要對“一張皮”的實(shí)景三維模型進(jìn)行航標(biāo)對象單體化處理，使得每一個(gè)航標(biāo)對象是單獨(dú)的、可以被選中分離的實(shí)體，可以附加屬性、查詢統(tǒng)計(jì)等。傾斜攝影實(shí)景三維模型單體化方法一般可分為邏輯單體化和切割單體化?？紤]航標(biāo)具有可移動(dòng)特點(diǎn)，無法用已有的矢量范圍做邏輯單體化。本文提取結(jié)果為約束，聯(lián)合實(shí)景三維模型和原始實(shí)景三維模型進(jìn)行航標(biāo)模型的切割單體化處理。疊加重建后的實(shí)景三維模型與原始實(shí)景三維模型，模型相交處理得到采取對象的邊界?？紤]原始實(shí)景三維模型中的噪聲對象及水面非航標(biāo)對象的干擾，引入航標(biāo)對象的投影面積作為過濾條件，對象的邊界做篩選過濾。進(jìn)一步利用對象邊界對實(shí)景模型的三角格網(wǎng)進(jìn)行物理切割，實(shí)現(xiàn)航標(biāo)對象的單體化分離，切割算法的核心是對切割邊界三角格網(wǎng)的處理。一般切割的步驟如下：（1）遍歷所有三角面，判斷三角形與邊界的關(guān)系。（2）若三角形在邊界內(nèi)，保留;若三角形在邊界外，則舍棄。（3）三角形與邊界相交時(shí)，有兩種處理方法，一是相交則保留，但存在不平整的問題，優(yōu)點(diǎn)是算法簡單，切割效率高;二是由切割的交線對三角形進(jìn)行剖分，屬于邊界內(nèi)的保留，邊界外的去除，這種方式邊界齊整，但算法復(fù)雜，切割效率低。（4）遍歷所有的LOD級別進(jìn)行切割。

3、大比例尺測圖采編一體化

3.1數(shù)據(jù)采集

基于無人機(jī)航攝進(jìn)行大比例尺地形圖繪制的應(yīng)用已越來越廣泛，也是各測繪行業(yè)單位技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)方向，相較于傳統(tǒng)航測數(shù)據(jù)采集，現(xiàn)如今的無人機(jī)航測成圖技術(shù)可謂“三維裸眼測圖”，無需佩戴立體眼鏡，內(nèi)業(yè)地形圖采集方式更為靈活方便，作業(yè)更高效。EPS軟件是一款較好用的航測成圖軟件，將地形要素-控制點(diǎn)、居民地、交通及附屬設(shè)施等常用符號匯集成常用符號欄，在要素采集時(shí)，可以很方便地選擇各個(gè)常用要素符號;將矢量編輯中常規(guī)的操作，如延長、打斷、增加節(jié)點(diǎn)、連接等功能匯集成于工具欄，增加了操作的簡易性。

EPS軟件是以庫數(shù)據(jù)為平臺(tái)，采集的點(diǎn)、線、面要素均為庫數(shù)據(jù)。這較傳統(tǒng)的內(nèi)業(yè)立體采集方式來說，要素的采集需要特殊的要求，比如：交通、水系、居民地采集的是面狀要素，雙線道路和面狀水系要采集中心線和面，其中道路是路邊線、中心線和面同時(shí)采集。道路和房屋附屬設(shè)施的面狀要素采集為帶符號的面狀（如室外樓梯、臺(tái)階、懸空通廊等）。要素采集時(shí)，實(shí)時(shí)開啟二維或三維捕捉模式方便后期建庫構(gòu)面。EPS軟件是直接以成果數(shù)據(jù)庫的格式進(jìn)行立體采集或更新，在采集過程中更注重?cái)?shù)據(jù)庫矢量之間的邏輯與空間拓?fù)潢P(guān)系，既可定位，又可實(shí)現(xiàn)部分定性，初步搭建庫數(shù)據(jù)。

3.2外業(yè)調(diào)繪

外業(yè)人員利用內(nèi)業(yè)輸出的調(diào)繪片底圖，進(jìn)行實(shí)地調(diào)查和收集資料數(shù)據(jù)，給內(nèi)業(yè)判讀提供支撐。調(diào)繪中做到：走到、看到、問到、繪準(zhǔn)，確保調(diào)繪成果資料的準(zhǔn)確性、完整性和規(guī)范性。針對調(diào)繪底圖進(jìn)行全面的實(shí)地核查、修改，補(bǔ)測補(bǔ)調(diào)各要素屬性內(nèi)容。對立體測圖采集的所有要素進(jìn)行定性;糾正內(nèi)業(yè)判讀錯(cuò)誤的地物;真實(shí)反映調(diào)繪時(shí)的現(xiàn)狀。并核實(shí)調(diào)查，各類主要地物（如道路、水系、居民地）的屬性和名稱，電力線名稱、電壓伏數(shù)，植被類型等，并修改內(nèi)業(yè)判讀不準(zhǔn)確的要素屬性。

3.3數(shù)據(jù)質(zhì)檢

數(shù)據(jù)檢查采用人機(jī)交互檢查、利用程序自動(dòng)檢查。人機(jī)交互檢查，是在立體環(huán)境下檢查幾何表達(dá)是否正確;位置精度是否正確;各個(gè)地物要素間的邏輯一致性是否合理，表征質(zhì)量是否正確等。程序檢查是在EPS軟件下，對數(shù)據(jù)進(jìn)行要素幾何特征、重疊對象、空間邏輯、等高線、要素屬性、注記等的檢查。

結(jié)束語

本文對傾斜影像應(yīng)用于實(shí)景三維模型的研究較淺，在空中三角測量部分只對區(qū)域網(wǎng)中的三種方法作出了詳細(xì)的分析，沒有對其他方面進(jìn)行更為詳細(xì)的探究，另外還需要在此基礎(chǔ)上對傾斜影像匹配算法進(jìn)行深入研究，探討如何對內(nèi)業(yè)建模軟件進(jìn)行進(jìn)一步的升級，使得模型精度更高、外業(yè)測量最少。

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