楊忠祥

（1.云南旅游職業(yè)學(xué)院 ，云南 昆明 650221）

傾斜攝影技術(shù)是國際測繪領(lǐng)域近些年發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)[1]。傾斜攝影格式的建模相較于傳統(tǒng)的建模方式具有高真實(shí)、全要素的特性[2]，其影像不僅能夠真實(shí)地反映地物情況，還能通過采用先進(jìn)的定位技術(shù)，嵌入精確的地理信息，使用戶獲得更高級、更為逼真的體驗(yàn)，極大地擴(kuò)展了遙感影像的應(yīng)用領(lǐng)域。同時，傾斜攝影測量技術(shù)將使得目前高昂的實(shí)景三維建模建設(shè)成本得以大大降低。傳統(tǒng)平面數(shù)字地圖或者簡單的三維城市地圖都已經(jīng)無法滿足人們的需求，迫切需要更加逼真、精確的數(shù)字實(shí)景三模建模。

國內(nèi)外學(xué)者在基于影像進(jìn)行三維模型重建這一領(lǐng)域進(jìn)行了大量研究[3,4]。目前國內(nèi)外比較流行的傾斜攝影自動建模軟件，如法國Acute 3 D公司的Smart3DCapture軟件[5]。基于圖形運(yùn)算單元GPU的快速三維場景運(yùn)算軟件， 可運(yùn)算生成基于真實(shí)影像的超高密度點(diǎn)云，它無需人工干預(yù)，從簡單連續(xù)的影像中生成逼真的三維場景模型。但當(dāng)前的建模算法不能把建筑、樹木等地物進(jìn)行區(qū)分，構(gòu)建出來的是一個連續(xù)的Tin網(wǎng)。對于這樣的數(shù)據(jù)，本身是無法選中單個建筑的，需要進(jìn)行一定的處理才能實(shí)現(xiàn)“單體化”。對于大多數(shù)應(yīng)用，需要能對建筑等地物進(jìn)行單獨(dú)的選中、賦予屬性、查詢屬性。針對上述問題，本文開發(fā)了一種基于傾斜攝影測量的矢量化制圖系統(tǒng)，解決了目前模型“單體化”難題，為管理和決策提供技術(shù)支撐，并利于場景解譯。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1 傾斜攝影測量

傾斜攝影技術(shù)是國際測繪遙感領(lǐng)域近年發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從垂直、傾斜等不同角度采集影像[6]，獲取地面物體更為完整準(zhǔn)確的信息。

1.2 建模技術(shù)路線

傾斜攝影測量三維實(shí)景建模主要技術(shù)包括影像預(yù)處理、區(qū)域整體平差、空中三角測量、傾斜影像密集匹配、TIN格網(wǎng)構(gòu)建、三維模型創(chuàng)建、自助紋理映射及實(shí)景三維模型等[7]。傾斜攝影自動化生成的模型本質(zhì)上是mesh模型，自動化軟件一般經(jīng)過幾何校正、聯(lián)合平差等處理流程，可運(yùn)算生成基于真實(shí)影像的超高密度點(diǎn)云，并以此生成基于真實(shí)影像紋理的高分辨率實(shí)景三維模型?；趦A斜攝影測量數(shù)據(jù)的三維建模技術(shù)路線如圖1。

圖1 基于傾斜攝影測量數(shù)據(jù)的三維建模技術(shù)路線圖

2 基于傾斜攝影測量的矢量化制圖軟件

2.1 數(shù)據(jù)來源

項(xiàng)目區(qū)位于云南省中部，地勢以山地為主。根據(jù)實(shí)景三維建模對原始傾斜影像數(shù)據(jù)的要求，影像地面分辨率為4.5 cm。為保證數(shù)據(jù)處理的精度，利用GPS測量像控點(diǎn)8個，平面、高程中誤差嚴(yán)格控制在0.10 m內(nèi)。為檢查軟件及模型精度，在項(xiàng)目區(qū)測量了12個檢查點(diǎn)。

2.2 實(shí)景建模

本項(xiàng)目采用法國Acute3D公司的Smart3DCapture軟件進(jìn)行三維自動建模。數(shù)據(jù)處理流程：工程準(zhǔn)備（數(shù)據(jù)預(yù)處理）、新建工程、導(dǎo)入數(shù)據(jù)、控制點(diǎn)影像關(guān)聯(lián)、空三處理、分區(qū)密集匹配、重建生成模型。

2.3 矢量化制圖軟件開發(fā)應(yīng)用

本軟件采用OpenGL技術(shù)開發(fā)，是一套基于C++平臺的應(yīng)用程序接口，軟件界面如圖2。通過程序開發(fā)實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)格式的讀取和轉(zhuǎn)換。支持OSGB文件格式的傾斜模型，可直接生成.shape和.dwg數(shù)據(jù)格式，見圖2。

圖2 軟件界面

圖3 選擇圖層存儲文件路徑

通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊墻角，可實(shí)時調(diào)整制圖過程中因未能準(zhǔn)確捕捉墻角而帶來的人為誤差，如圖4所示。

基于傾斜攝影測量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)二、三維符號一致，且二、三維編輯在一個界面下同步進(jìn)行，采集方法更直觀，三維與二維可靈活切換，如圖5、6所示。

圖5 數(shù)據(jù)采集符號庫及名稱

圖6 基于傾斜攝影測量數(shù)據(jù)的矢量化繪圖

3 精度評定

通過本軟件采集的基于傾斜攝影測量的地物特征點(diǎn)坐標(biāo)與采用GPS-RTK野外實(shí)測坐標(biāo)進(jìn)行抽樣比對檢查，檢查點(diǎn)分布均勻，基本覆蓋本測區(qū)范圍。將實(shí)測坐標(biāo)與軟件采集坐標(biāo)進(jìn)行比較，根據(jù)規(guī)范要求檢查該點(diǎn)是否合格，最后統(tǒng)計出每個檢測點(diǎn)的坐標(biāo)較差。由表1、2可知，共抽查了12個檢查點(diǎn)在X、Y、Z方向的標(biāo)準(zhǔn)偏差分別是0.068 8 m、0.067 2 m、0.088 3 m，完全能夠滿足1∶500大比例尺數(shù)字化制圖要求。通過軟件直接采集數(shù)據(jù)與野外實(shí)測數(shù)據(jù)相比較，平面及高程精度均優(yōu)于10 cm。

表1 軟件采集地物特征點(diǎn)與實(shí)測平面精度統(tǒng)計表

表2 軟件采集地物特征點(diǎn)高程與GPSRTK實(shí)測高程精度統(tǒng)計表

4 結(jié) 語

傾斜攝影測量是獲取矢量數(shù)據(jù)的一個重要來源，隨著無人機(jī)的發(fā)展、傾斜攝影的普及，真正射影像也正逐步出現(xiàn)，提高了矢量化過程中的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。結(jié)合傾斜攝影測量技術(shù)，采用OpenGL技術(shù)開發(fā)矢量化制圖軟件，直接對建模進(jìn)行可視化圖形編輯操作，相比其他數(shù)據(jù)采集軟件，在使用和圖形編輯方面更直觀、效率更高，平面與高程精度能滿足1∶500大比例尺制圖要求。通過矢量化的方式將二、三維矢量數(shù)據(jù)與傾斜攝影測量數(shù)據(jù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了模型的單體化。但由于項(xiàng)目區(qū)覆蓋范圍有限，軟件應(yīng)用并沒有完全覆蓋所有地物類型，軟件應(yīng)用推廣受到一定限制，仍需進(jìn)行后續(xù)研究。