傾斜攝影三維模型在大比例尺測圖中的優(yōu)缺點分析

楊庚印

（山西省測繪地理信息院，山西 太原 030001）

0.引言

1.基本概念

1.1 傾斜攝影三維建模技術(shù)

傾斜攝影三維建模技術(shù)是指從幾個不同的視角同步采集影像和位置信息，獲取豐富的地表物體頂面及側(cè)面的高分辨率紋理數(shù)據(jù)；再通過相關專業(yè)軟件進行空三加密、影像密集匹配、紋理映射[3]而生成的一種客觀真實反映現(xiàn)實世界的三維模型。它包含了準確、完整的地物信息和位置信息，具備可量測性，可直接在三維模型上進行地形圖測繪、各種量算及分析工作。

1.2 傳統(tǒng)攝影測量技術(shù)

傳統(tǒng)攝影測量技術(shù)是指利用在航空器上安置專用航空攝影儀對地面進行垂直攝影，按照相關規(guī)范要求獲取一定比例重疊度的航空影像；再通過專業(yè)軟件進行空三加密，計算出每張照片的空中位置和姿態(tài)（即外方位元素）。利用空三加密成果，可以生產(chǎn)數(shù)字高程模型（DEM）、數(shù)字正射影像圖（DOM）和數(shù)字線劃圖（DLG）等測繪地理信息產(chǎn)品。

1.3 大比例尺地形圖測繪

大比例尺地形圖測繪一般是指滿足國家1∶5 000、1∶2 000、1∶1 000、1∶500基本比例尺的地形圖測繪。因1∶5 000比例尺地形圖測繪更適宜采用傳統(tǒng)航測技術(shù)進行生產(chǎn)，采用傾斜三維建模技術(shù)生產(chǎn)沒有任何優(yōu)勢，故本文對該比例尺的優(yōu)缺點不進行分析研究。

2.工作流程

2.1 傾斜攝影三維建模測圖工作流程

傾斜攝影三維建模技術(shù)大比例尺地形圖測繪主要內(nèi)容包括傾斜航空攝影、像片控制點測量、空三加密、三維建模、地形圖測繪。工作流程如圖1所示。

2.2 傳統(tǒng)航測測圖工作流程

傳統(tǒng)航空攝影大比例尺地形圖測繪工作內(nèi)容主要包括航空攝影、像片控制點測量、空三加密、地形圖測繪。工作流程如圖2所示。

圖2傳統(tǒng)航測測圖工作流程圖

3.傾斜攝影與傳統(tǒng)航測優(yōu)缺點分析

3.1 數(shù)據(jù)量比較

常用的傾斜航空攝影相機一般搭載的是1個垂直相機和4個側(cè)視相機同步進行攝影；傳統(tǒng)航空攝影一般搭載1臺相機進行垂直攝影。兩者相比，如果采用相同的相機、航向和旁向重疊度，那么傾斜三維攝影獲取的照片數(shù)量就是傳統(tǒng)航測的5倍。而為了滿足后期數(shù)據(jù)處理，傾斜三維攝影和一般航空攝影都需要有一定的重疊度，兩種攝影方式的重疊度相關指標如表1所示。在實際生產(chǎn)過程中，傾斜航空攝影時航向重疊度一般為75%左右，旁向重疊度為70%左右；傳統(tǒng)航空攝影航向重疊度為60%，旁向重疊度為30%。所以傾斜三維攝影的數(shù)據(jù)量大主要就是鏡頭數(shù)多和影像重疊度大引起的。通過實際生產(chǎn)分析，傾斜三維攝影比傳統(tǒng)航空攝影獲取到的數(shù)據(jù)量大12倍左右。

表1傾斜航空攝影與傳統(tǒng)航空攝影相關指標對比表

3.2 計算機硬件配置要求比較

傾斜航空攝影因其獲取的數(shù)據(jù)量大，通常軟件在處理時都是進行集群并行計算，這就對存儲的讀寫速度、網(wǎng)絡的交換速度、計算機CPU處理能力、內(nèi)存大小、顯卡緩存大小和顯卡GPU的計算能力等提出了較高要求。常見傾斜航空攝影數(shù)據(jù)處理計算機配置如表2所示。從表2可以看出，從事傾斜航空攝影數(shù)據(jù)處理對計算機要求更高。

在國內(nèi)的會計行業(yè)存在的競爭產(chǎn)生了與相關市場競爭區(qū)別較大的特征，產(chǎn)生了過度競爭的問題。過度競爭會導致極其惡劣的后果，其大部分表現(xiàn)有以下幾個方面：首先，過度競爭中的會計事務所一般通過降價收費來獲得市場，因為經(jīng)費不足時常會應付工作，造成工作效率差。與此同時，過度競爭會造成會計事務所收取高額的分成亦或回扣，會阻礙市場的健康運行。部分還存在注冊資格造假的問題，其能力無法滿足工作的需求。在現(xiàn)實工作中出現(xiàn)過分追逐利益，不考慮行業(yè)規(guī)范的不法行為。在一定情況下，相關的注冊會計師為了可以招攬更多的業(yè)務，對其客戶所給的要求不加分析的實行，更有一些人會冒著違反法律的風險執(zhí)行。

表2計算機配置表%%%%

3.3 生產(chǎn)效率比較

三維建模數(shù)據(jù)處理因其數(shù)據(jù)量大、像片畸變大，空三計算時，一般采用密集匹配，并要通過像點來計算新的相機參數(shù)，軟件操作簡單，但計算復雜；三維建模時，要計算地表所有物體的頂部和側(cè)面的表面模型、紋理映射。所以三維建模計算的工作量大，處理效率低。常用的三維建模軟件有Bentley公司的ContextCaptureCenter、瞰景公司的Smart3D、大勢智慧公司的重建大師和Skyline公司的PhotoMesh等軟件，這些軟件各有特色，瞰景公司的Smart3D空三模塊獨具優(yōu)勢，其他的建模效率基本相當。

傳統(tǒng)航測法只要對像片進行連接點匹配和像控點刺點，并進行約束平差，就可以快速計算出照片的空中位置和姿態(tài)，引入立體采集軟件，就可以恢復立體進行地形圖采集。常用的空三加密軟件有訊圖公司的GodWork、GIP公司的Bingo、徠卡公司的LPS和Trimble公司的Inpho。訊圖公司的God-Work操作簡單，智能化程度更高。以計算30平方公里3厘米分辨率的三維模型和計算同樣面積傳統(tǒng)航測數(shù)據(jù)處理為例，三維建模和傳統(tǒng)航測效率比較如表3所示。

表3三維建模和傳統(tǒng)航測效率分析表

3.4 攝影地面分辨率高

在《GB/T 27920.1-2011數(shù)字航空攝影規(guī)范 第1部分：框幅式數(shù)字航空攝影》（以下簡稱《航空攝影規(guī)范》）中對攝影地面分辨率做了明確要求。實際作業(yè)過程中，為保證成果精度滿足對應比例尺的要求，采用傾斜攝影三維建模技術(shù)時，選擇的攝影地面分辨率比《航空攝影規(guī)范》要求高。兩種攝影測量方法常用攝影地面分辨率如表4所示。%%

%%表4常用攝影地面分辨率對比表%%單位：厘米

3.5 地形圖測繪

3.5.1硬件要求

利用三維模型進行大比例尺地形圖測繪工作，硬件一般可以直接使用三維建模的計算機，配合普通的液晶顯示器，采用普通鼠標加裸眼測繪模型，就可以開展工作。

傳統(tǒng)航測需要配備專業(yè)支持偏光的立體顯卡、立體顯示器和立體眼鏡和手輪腳盤，才可以開展測繪工作。傳統(tǒng)航測在設備的專業(yè)性這塊來說，它的要求更高。常見的手輪腳盤如圖3所示。

圖3手輪腳盤示例圖

3.5.2軟件要求

使用傾斜三維模型進行地形圖測繪常用的軟件有山維科技公司的EPS、南方數(shù)碼公司的CASS3D、天際航公司的DP-Model等國產(chǎn)軟件，其中山維科技的EPS軟件應用最廣泛。這些軟件均有自己的三維模型格式轉(zhuǎn)換功能，可以高效引入OSGB格式三維模型，便于更好地支持本軟件測繪功能。

傳統(tǒng)航測進行地形圖測繪的常用軟件有適普公司的VirtuoZo、四維遠見公司的JX4、山維科技公司的EPS和航天遠景公司的Mapmatrix，因適普公司和四維遠見的軟件已多年未進行升級更新，現(xiàn)在市場上已很少見?，F(xiàn)在傳統(tǒng)航測軟件主要以航天遠景公司的Mapmatrix軟件為主。

3.5.3人員要求

三維模型直觀易讀，人員經(jīng)過簡單培訓就可以開展工作；傳統(tǒng)航測因采用人造立體視覺模式工作，需要作業(yè)人員兩眼視力差別不大并長時間練習立體視覺，才能滿足工作要求。所以采用三維模型進行大比例尺地形圖測繪人員培訓時間短，而傳統(tǒng)航測人員培訓時間長。傳統(tǒng)航測的測繪人員可以直接轉(zhuǎn)為三維模型測繪人員開始工作，三維模型測繪人員不能立即轉(zhuǎn)為傳統(tǒng)航測人員工作。

3.5.4成果精度

三維模型采用了比傳統(tǒng)航空攝影更高的攝影地面分辨率，像片重疊度大，像片間采用較密集的連接點關聯(lián)，平面、高程精度均能滿足《GB/T 7930-2008 1∶500 1∶1 000 1∶2 000地形圖航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范》（以下簡稱《內(nèi)業(yè)規(guī)范》）要求，成果精度高。傳統(tǒng)航測法平面精度可以滿足《內(nèi)業(yè)規(guī)范》要求，高程精度因受基高比影響，精度較低。所以在采用傳統(tǒng)航測時，高程采集需要采用其他方法進行補充，或者可以適當提高攝影時的地面分辨率，來滿足成果精度要求。

3.5.5測繪效率

（1）點狀地物和線狀地物測繪

點狀地物一般是指通過一個定位點并配置相應的符號來表示地面的一種物體，如，電桿、路燈、井蓋等地物。線狀地物一般是指通過多個定位點的連線并配置相應的符號來表示地面的一種地物，如，道路、陡坎、河流等。在采用傾斜三維模型測繪這兩類地物時，通過正視圖像視角就可以直接進行測繪，不需要在測繪過程中來回旋轉(zhuǎn)模型視角。所以采用三維模型和傳統(tǒng)航測兩種方法，效率相當。

（2）建筑物測繪

三維模型可以直接觀測到建筑物的側(cè)面紋理，判讀建筑物的層數(shù)、類別、結(jié)構(gòu)等信息，可以直接測繪到建筑物底部，測繪精度較高，大幅降低了外業(yè)調(diào)繪人員工作量，采集精度滿足大比例尺地形圖中三種比例尺的測繪要求[2]；在采集時需要不斷地旋轉(zhuǎn)三維模型，采集效率低。傳統(tǒng)航測只能觀測到建筑物的頂部，采集時只顧及建筑物的頂部輪廓（含房檐），不考慮側(cè)面結(jié)構(gòu)，采集速度快，當成圖要求進行房檐改正時，只能靠人工外業(yè)量測，極大地增加了外業(yè)調(diào)繪人員工作量，并且難以保證成果精度。在三維模型測繪沒有出現(xiàn)前，1∶2 000比例尺地形圖測繪一般采用航測法成圖，1∶1 000、1∶500一般都采用全野外測繪法成圖。綜合比較，三維模型采集效率高，并降低了人工勞動強度。

（3）等高線測繪

三維模型測繪時，靠鼠標在模型上點擊，觸發(fā)軟件在模型上獲取位置，獲得單點的高程比較容易，而等高線測繪需要在同一個高程面上進行連續(xù)采集，三維模型不具備直接觀測功能，故不能直接測繪等高線，一般采用采集地面高程點反生成和輸出DSM濾波方法生產(chǎn)，地表植被較多時，等高線測繪會非常困難，并影響成果精度。傳統(tǒng)航測采用立體觀測，通過軟件可鎖定要采集等高線的高程，這樣只有在這個高程面上的立體才能真實顯示，離開這個高程面的立體視覺就產(chǎn)生視差，人員通過移動測標找到同樣的高程面，就可以輕松進行等高線測繪。同時人工可以判讀植被高度，等遇到植被密集情況時，可以通過個別植被間的縫隙判讀植被高度，來獲取較準確的等高線成果。

4.結(jié)束語

本文通過對傾斜攝影三維模型技術(shù)和傳統(tǒng)航測技術(shù)之間的對比，分析了兩種技術(shù)在各個生產(chǎn)階段的不同特點。是否采用傾斜攝影三維建模技術(shù)進行大比例尺地形圖測繪，應根據(jù)成圖比例尺要求和自身的設備情況進行評定，如不考慮硬件設備投入，則：在進行1∶2 000比例尺地形圖測繪時，可以適當?shù)靥岣邤z影地面分辨率，彌補高程精度的不足，宜采用傳統(tǒng)航空攝影方法進行生產(chǎn)，效率相對較高，成本相對較低；在進行1∶1 000、1∶500比例尺地形圖測繪時，適宜采用傾斜攝影三維建模技術(shù)進行生產(chǎn)，提高成果精度，減少外業(yè)人員勞動強度。