實景三維模型在竣工測量中的應(yīng)用

【摘要】在智慧城市快速發(fā)展的背景下，竣工測量的工作標準不斷提高，傳統(tǒng)的測量方法已經(jīng)無法滿足現(xiàn)實需求，為此實景三維模型得到廣泛應(yīng)用。現(xiàn)實工作中，采用實景三維模型技術(shù)，可提高傳統(tǒng)測量工作的精度和效率，在保障所獲數(shù)據(jù)精準性的同時，還可以直接生成可以參考的影像資料，為后續(xù)工作提供保障。文中從現(xiàn)實出發(fā)，分析在竣工測量領(lǐng)域中實景三維模型技術(shù)的具體應(yīng)用策略，以便為今后的城市發(fā)展和智慧城市規(guī)劃提供合理的參考。

【關(guān)鍵詞】城市規(guī)劃；竣工測量；實景三維模型

【中圖分類號】TU198" " " 【文獻標志碼】A" " " "【文章編號】1673-6028（2024）01-0101-03

0 引言

實景三維是一種先進的測繪技術(shù)，在應(yīng)用中融合了遙感測繪、云計算等先進工藝，可以最大限度真實還原地形地貌，并且在三維建模技術(shù)保障下對地表覆蓋、建（構(gòu)）筑物等實施數(shù)字重建。在數(shù)字城市建設(shè)中，實景三維模型技術(shù)具有廣闊的前景，可以為城市竣工測量提供重要保障。最近幾年，基于無人機傾斜攝影測量技術(shù)的實景三維模型得到廣泛認可，該模型不僅可作為演示產(chǎn)品，還可以合理控制測量成本和工作強度，從而保障良好的作業(yè)效率。

1 實景三維模型技術(shù)概述

1.1 實景三維模型的技術(shù)內(nèi)涵

實景三維技術(shù)可對人類生產(chǎn)、生活所在的區(qū)域?qū)嵤└咝У姆抡?。該模型的最大?yōu)勢是可以通過立體、時序化反映，正確表達數(shù)字虛擬空間，從而為智慧城市的打造與規(guī)劃提供空間基底?，F(xiàn)實應(yīng)用中，該技術(shù)具有直觀可視的特點，支持人機兼容理解。

1.2 實景三維模型的技術(shù)流程

實景三維技術(shù)體系結(jié)構(gòu)囊括的眾多核心技術(shù)中，無人機傾斜攝影無疑是應(yīng)用最為廣泛的。此外還涉及三維影像自動化建模以及模型發(fā)布與應(yīng)用等。結(jié)合實際應(yīng)用案例可知，實景三維模型技術(shù)的實現(xiàn)，可遵循以下步驟：首先，搭載多視角相機的影像獲取平臺。結(jié)合實際測量要求，利用無人機獲取地面影像。無人機在飛行過程中會搭載多視角相機，借此確保影像的清晰度和覆蓋度，這一操作即為傾斜攝影影像的采集過程，屬于實景三維模型搭建的基礎(chǔ)。其次，利用傾斜攝影的相關(guān)原理構(gòu)建三維建模系統(tǒng)，在系統(tǒng)應(yīng)用中將影像進行恢復(fù)，主要是還原成實景三維模型，在上述操作基礎(chǔ)上將模型進行單體化，為后續(xù)工作提供保障[1]。最后，模型的分析與應(yīng)用，需要應(yīng)用到GIS平臺，在該平臺上可以實現(xiàn)三維模型發(fā)布，以便清晰分析各類數(shù)據(jù)。

2 實景三維模型的核心技術(shù)

2.1 硬件平臺技術(shù)

在實景三維模型的硬件方面，主要應(yīng)用了3項重要技術(shù)：①無人機制造技術(shù)。該技術(shù)的應(yīng)用，可保障無人機飛行期間的安全與穩(wěn)定，從而為測量數(shù)據(jù)的獲取提供保障。②傾斜測量系統(tǒng)?，F(xiàn)實中，應(yīng)用工業(yè)級五鏡頭的攝影系統(tǒng)優(yōu)勢顯著，其生產(chǎn)工藝與制造精度可進一步提升實景三維模型應(yīng)用的精度，在完整技術(shù)框架下使其分辨率更高、色彩還原更逼真，滿足實際應(yīng)用需求。③衛(wèi)星定位技術(shù)。目前我國的衛(wèi)星定位系統(tǒng)服務(wù)已經(jīng)可以實現(xiàn)大面積覆蓋，該定位系統(tǒng)的搭建，可為無人機攝影提供精確的定位信息，從而夯實實景三維模型的搭建基礎(chǔ)[2]。

2.2 軟件平臺技術(shù)

實景三維模型的應(yīng)用，同樣離不開軟件平臺技術(shù)的加持。該模型的軟件平臺技術(shù)除了攝影三維建模軟件外，還會使用到三維模型單體化軟件和模型快速發(fā)布平臺等。①三維建模軟件。結(jié)合現(xiàn)實經(jīng)驗可知，三維建模軟件（傾斜攝影）是數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在過去一段時期，這項技術(shù)一直被國外壟斷。直到2014年北京超圖軟件股份公司推出了Super Map GIS7C，2016年上海珞琪軟件有限公司研發(fā)出了Photo Metric，才實現(xiàn)了三維建模軟件的國產(chǎn)化。最近幾年，我國在軟件方面的研究又取得突破性進展，相關(guān)的建模軟件的應(yīng)用效果已經(jīng)可以達到國際水平[3]。②模型快速發(fā)布平臺。在實景三維模型技術(shù)體系框架中，模型快速發(fā)布平臺是不可或缺的，該平臺的最大優(yōu)勢是具有理想的數(shù)據(jù)承載量，可為數(shù)據(jù)的分析和利用提供有效支撐。

3 竣工測量中實景三維模型的具體應(yīng)用

3.1 工程概況

測區(qū)為即將交付的住宅小區(qū)。經(jīng)實際勘查發(fā)現(xiàn)，該小區(qū)建筑物眾多，內(nèi)部的基礎(chǔ)設(shè)施配備完善，高層建筑多為18層，共有25棟，范圍內(nèi)有高壓線塔。除了主體建筑外，小區(qū)內(nèi)還設(shè)有綠化道路、公園以及停車位等基礎(chǔ)設(shè)施。同時，該建筑設(shè)計了大面積半落地玻璃窗，這在某種程度上也增加了實際測量難度。

傳統(tǒng)的測量存在局限，無法保障測量的精度和效率，為此本項目中需要合理使用實景三維測繪技術(shù)，獲得大面積的影像數(shù)據(jù)，通過傾斜攝影測量技術(shù)和云計算技術(shù)的結(jié)合，提高作業(yè)效率，合理控制竣工測量成本。因該項目應(yīng)用了大面積半落地玻璃窗，若陽光反射強烈，那么在實際測量環(huán)節(jié)中會影響最終軟件分析能力，降低解算數(shù)據(jù)的精確性，所以為減少數(shù)據(jù)獲取環(huán)節(jié)的不利影響，采集時選擇在陰天進行。本項目需要用到的測量儀器設(shè)備類型眾多，所選的采集儀器設(shè)備參數(shù)見表1。

3.2 技術(shù)流程

本項目在實施前，應(yīng)用了勘察、項目測量數(shù)據(jù)試采以及關(guān)鍵技術(shù)方法驗證等措施，最終制定了全野外數(shù)據(jù)采集方案。同時對像控點布設(shè)問題實施了優(yōu)化，進一步明確了無人機進行傾斜攝影測量的飛行高度。在地質(zhì)勘察的基礎(chǔ)上準確規(guī)劃了安全飛行航線。

3.3 數(shù)據(jù)獲取

3.3.1 外業(yè)數(shù)據(jù)采集

首先進行影像及其POS數(shù)據(jù)獲取。本項目中使用的攝像設(shè)備為索尼DSC-RX1RM2，飛行航線為S形線路。在實際測量中由于普通GPS/IMU設(shè)備在曝光時會形成較大的誤差，從而影響空間姿態(tài)數(shù)據(jù)的準確性。所以在本項目測量中，需要采用飛行平臺的差分功能，借助事后差分，降低航攝數(shù)據(jù)誤差[4]。完成上述工作后，需借助事后差分解算軟件，識別高精度位置坐標數(shù)據(jù)。

其次，像控點的布設(shè)與量測。在數(shù)據(jù)采集過程中，像控點的布設(shè)與量測屬于關(guān)鍵內(nèi)容，其重要性不容忽視。本項目案例中，分別在測區(qū)布設(shè)5個像控點，將其作為控制模型精度的重要保障。其中，像控點原始坐標的采集不容忽視，采集方法與坐標精度將直接決定模型是否具備實用性，應(yīng)該由GPS-RTK技術(shù)測得，借此科學(xué)控制誤差值。測量精度的設(shè)計應(yīng)該參照操作規(guī)范要求的三級控制點精度指標進行。

3.3.2 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

在外業(yè)數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，還要精準實施內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，從而生成可以用于分析使用的模型數(shù)據(jù)。案例項目中內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理和分析采用的是專業(yè)軟件Context Capture Master。該處理軟件具有一定的技術(shù)優(yōu)勢，可實現(xiàn)多臺計算機集群化處理。需要格外強調(diào)的是，在處理過程中為得到理想的效果，空三加密用時需要合理保障，一般情況下約4h。相關(guān)的軟件版本參數(shù)見表2。

在實景三維模型應(yīng)用中，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理屬于重中之重，除了影像POS數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換外，還將涉及像控點選刺以及模型重建等內(nèi)容。在眾多環(huán)節(jié)中，影像POS數(shù)據(jù)獲取和轉(zhuǎn)換是十分關(guān)鍵的，需要合理借助事后差分軟件對相關(guān)數(shù)據(jù)解算，在此基礎(chǔ)上將相關(guān)文件信息轉(zhuǎn)換成軟件特定的文本格式，為后續(xù)工作提供保障[5]。

3.4 采集數(shù)據(jù)對比分析

案例項目，通過實景三維模型這種先進的技術(shù)手段，分別繪制了綠化圖、停車位圖、建筑立面圖、平面圖等，同時得到了項目測區(qū)的實景三維模型，為竣工測量提供了技術(shù)保障。在獲得模型圖的基礎(chǔ)上，實景三維模型技術(shù)還可以對激光掃描數(shù)據(jù)等進行專項分析，在此基礎(chǔ)上實施專業(yè)的精度和經(jīng)濟指標對比，從而為后續(xù)的測量分析工作提供技術(shù)支持。

3.4.1 采集數(shù)據(jù)精度對比

第一種，平面精度對比。以像控點為起點和后視點，用全站儀或者三維激光掃描儀選擇20個檢核點進行坐標測量，再從模型中拾取這20個點的圖上坐標進行比對，在此基礎(chǔ)上有效檢核精度。最終對比數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，全站儀采集與模型采集的平均誤差值為0.11，由此可以證明，實景三維模型的精度滿足項目要求，達到技術(shù)標準。實際的對比數(shù)據(jù)結(jié)果見表3。

第二種，垂直精度對比。在案例項目的數(shù)據(jù)對比中，為達到多方對比數(shù)據(jù)的現(xiàn)實要求，可借助全野外數(shù)字測量的相關(guān)技術(shù)進行模型數(shù)據(jù)放樣，借助這樣的實踐方式，切實保障在相同的平面下設(shè)置需要測量的高程參數(shù)。案例中對測區(qū)內(nèi)的10棟建筑物進行了測量，這10棟建筑物是在25棟房屋中隨機抽取的，將其作為對比基礎(chǔ)，便可以進一步明確垂直精度對比中的平均高程誤差值。實際的對比數(shù)據(jù)結(jié)果見表4。

從平面精度和垂直精度的測量結(jié)果中可以看出，現(xiàn)實中應(yīng)用融合無人機傾斜攝影測量和激光點云掃描技術(shù)的實景三維模型，可科學(xué)提升測量的可靠性，在保障平面測量精度和垂直測量精度達到技術(shù)要求的同時，還可以降低測量作業(yè)的難度，合理控制測量作業(yè)的工作強度和生產(chǎn)成本，提高竣工測量的整體效率。除此之外，通過科學(xué)實踐證明，將三維激光掃描技術(shù)生成的點云圖與高質(zhì)量的傾斜攝影測量模型相結(jié)合，可彌補傳統(tǒng)測量工作不足，解決模型空洞和缺失等常見的技術(shù)問題，從而推動竣工測量的進一步發(fā)展。

3.4.2 經(jīng)濟指標對比

從表5分析結(jié)果中可以看出，在竣工測量中應(yīng)用實景三維模型具有以下優(yōu)勢：①可減少外業(yè)工作量。借助模型的測量工作可優(yōu)化傳統(tǒng)的測量工作流程，科學(xué)減少采集任務(wù)量，從而提高工作效率。②有效降低外業(yè)風險。應(yīng)用模型的測量工作，可在確保測量精度達標的同時，有效規(guī)避外業(yè)風險，提高采集工作的安全系數(shù)。

4 結(jié)語

綜上所述，目前實景三維模型技術(shù)給竣工測量工作提供了技術(shù)保障。想要發(fā)揮實景三維模型的應(yīng)用優(yōu)勢，需要結(jié)合項目實際制定科學(xué)的技術(shù)流程，在外業(yè)數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，還要精準實施內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，從而生成有效的分析數(shù)據(jù)，為后續(xù)工作提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

參考文獻

[1] 文政兵，李冰峰.基于實景三維模型的地形圖質(zhì)量

檢驗方法[J].測繪通報，2023（08）：167-171.

[2]賈文爭.基于實景三維模型的美麗鄉(xiāng)村景觀研究

[D].南京：南京信息工程大學(xué)，2023.

[3] 黃維.無人機航測像控點布設(shè)方式對實景三維模型

成果精度的影響研究[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2023

（06）：80-83.

[4] 樂黎明，覃雪梅，王祥，等.實景三維模型的建設(shè)

技術(shù)與應(yīng)用[J].地理空間信息，2022，20（11）：

96 -99.

[5] 吳弦駿，聞平，吳小東，等.實景三維模型與BIM 技

術(shù)的集成應(yīng)用[J].地理空間信息，2022，20（09）：106

-109.

[作者簡介]李雯艷（1990―），女，河南武陟人，本科，工程師，研究方向：測繪技術(shù)。