趙節(jié)霞

(中煤航測遙感集團(tuán)有限公司，陜西西安 710199)

0 引言

航空攝影測量指的是用飛機(jī)通過航攝儀器對地面連續(xù)攝取像片，結(jié)合地面控制點(diǎn)測量、調(diào)繪和立體測繪等步驟，繪制出地形圖的作業(yè)。其應(yīng)用始于19世紀(jì)60年代，隨著科技的不斷發(fā)展，航空攝影測量經(jīng)歷了模擬攝影測量階段、解析攝影測量階段和數(shù)字?jǐn)z影測量階段，革新了空間數(shù)據(jù)獲取的技術(shù)方法，顯示出了航空攝影測量的巨大的生命力和影響力。

傾斜攝影測量技術(shù)是當(dāng)前國際測繪領(lǐng)域一項新興熱門的技術(shù)，它顛覆了傳統(tǒng)航空攝影技術(shù)融合了正射和傾斜影像，通過在飛行平臺上搭載多臺航攝儀或傳感器同時從垂直傾斜等多個不同角度的拍攝將用戶引入真實世界。傾斜攝影平臺的發(fā)展使三維建模技術(shù)得以進(jìn)步。相機(jī)從多個位置多個角度拍攝的正射和傾斜影像一方面用于攝影測量數(shù)據(jù)處理，另一方面用于實景三維建模紋理數(shù)據(jù)。攝影測量數(shù)據(jù)處理利用攝影測量技術(shù)生成精準(zhǔn)的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)為三維建模奠定基礎(chǔ)，正射和傾斜影像紋理信息豐富且覆蓋建模區(qū)的各角度可以滿足實景三維建模需求。

傳統(tǒng)的垂直航空攝影測量需要采集所有的地形地貌。在采集居民地部分，采集順序從最高層開始，保證上層完整，再逐漸向下層采集，采集時測標(biāo)中心應(yīng)切準(zhǔn)房屋的外圍輪廓。外業(yè)調(diào)繪房屋以墻基外角連線為準(zhǔn)，圖上大于0．2 mm的房檐進(jìn)行房檐改正。無論城市或者農(nóng)村每幢樓都有房檐而且房檐基本都有差異，外業(yè)房檐的調(diào)繪工作量在整個調(diào)繪的任務(wù)中占40%的比重，地形圖編輯按照外業(yè)調(diào)繪進(jìn)行改檐，改檐在地形圖編輯中也同樣任務(wù)繁重。外業(yè)在調(diào)繪房檐時采用的是眼睛目估的方式，目估的誤差因人而異，因此一般沒有經(jīng)驗的工作人員會將院落圍墻和房基編輯成不在一條直線上。

如何利用傾斜攝影實景三維模型進(jìn)行1∶1 000比例尺地形圖制作，如何快速準(zhǔn)確改正房檐，降低傳統(tǒng)垂直航空攝影測量中外業(yè)調(diào)繪的工作量，是本篇文章論述的主題。

1 1∶1 000地形圖航空攝影測量技術(shù)流程

1．1 傳統(tǒng)的垂直航空攝影測量地形圖制作流程

傳統(tǒng)的垂直航空攝影測量1∶1 000比例尺地形圖制作流程如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)的垂直航空攝影測量技術(shù)流程

1．2 傾斜攝影測量1∶1 000地形圖制作流程

傾斜攝影測量1∶1 000比例尺地形圖制作流程如圖2所示。

1．3 傾斜攝影測量真三維模型特點(diǎn)

聯(lián)合空中三角測量，自動生成三維模型:利用傾斜攝影測量實景三維建模技術(shù)可將正射影像傾斜影像相結(jié)合進(jìn)行平差計算自動化構(gòu)建三維模型和紋理映射，最終生成逼真的三維場景。

圖2 傾斜攝影測量技術(shù)流程

建筑物側(cè)面紋理可采集:針對數(shù)字城市對三維的應(yīng)用需求，航空攝影方式可以大規(guī)模采集數(shù)據(jù)，從傾斜影像智能提取及紋理映射能夠大大提高三維建模效率，降低成本。同一地點(diǎn)的側(cè)面影像可多次采集以從中選擇最佳紋理。

數(shù)據(jù)量小適于網(wǎng)絡(luò)發(fā)布:應(yīng)用傾斜攝影技術(shù)生成的實景三維模型可快速進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，發(fā)布端包括PC端和手機(jī)移動端，實現(xiàn)了共享應(yīng)用。

能夠反映地物周邊真實情況:真實性是傾斜攝影測量真三維模型的最大特點(diǎn)，實景三維模型讓用戶從多個角度觀察地物，可以逼真地觀察地物地貌，仿佛身臨其境。

可實現(xiàn)三維模型量測:生成的實景三維模型可直接進(jìn)行包括點(diǎn)坐標(biāo)、高度、距離、面積、角度、坡度等的量測，在此基礎(chǔ)上可以使用三維模型測量1∶1 000比例尺地形圖。

2 傾斜攝影三維模型測量制作地形圖特點(diǎn)

2．1 數(shù)據(jù)采編

使用EPS三維測圖系統(tǒng)進(jìn)行地形圖數(shù)據(jù)采編，流程如圖3所示。

2．2 數(shù)據(jù)采編特點(diǎn)

圖3 EPS三維測圖系統(tǒng)數(shù)據(jù)采編

三維實景模型和傳統(tǒng)航空攝影測量采編相比，存在以下特點(diǎn):①傳統(tǒng)航空攝影測量采編在立體模型下采集的地形圖數(shù)據(jù)只對地形數(shù)據(jù)進(jìn)行定位，需要外業(yè)調(diào)繪進(jìn)行地形圖定性，再進(jìn)行地形數(shù)據(jù)編輯，工作量大;②基于三維實景模型的真實性特點(diǎn)，作業(yè)人員在EPS三維測圖系統(tǒng)下可以從多個角度真實地觀察地物地貌，因此三維實景模型采編可以直接省去外業(yè)調(diào)繪的環(huán)節(jié)，直接進(jìn)行地形圖數(shù)據(jù)采編;③對于房屋采集，由于原來的航空攝影測量看不到房屋側(cè)面，房屋一般二維測房頂，三維取高程。而基于三維實景模型采集可以采用5點(diǎn)法旋轉(zhuǎn)房屋不同側(cè)面，沿房屋房檐下房基進(jìn)行立面采集。對于房屋層次及性質(zhì)直接目視進(jìn)行房屋數(shù)據(jù)編輯?？梢灾苯酉龑τ谕鈽I(yè)工作工作量占40%的房檐改正，其他的地形地貌也可以在EPS三維測圖系統(tǒng)下直接目視調(diào)繪，直接完成數(shù)據(jù)采集、調(diào)繪及數(shù)據(jù)編輯工作。對于地理信息名稱的采集，可以收集相關(guān)的地名信息資料進(jìn)行數(shù)據(jù)編輯。對于三維實景模型模糊、拉花的地方進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)志;④地形圖采編完成后，外業(yè)對地理信息名稱進(jìn)行巡視檢查，對三維實景模型模糊、拉花的地方進(jìn)行野外實測;⑤針對野外巡視圖紙及實測數(shù)據(jù)對地形圖數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查修改。

3 傾斜攝影真三維模型測量地形圖評估

以2018年1月中煤航測遙感集團(tuán)有限公司承接的“西安市公安局航天分局航天基地警務(wù)大數(shù)據(jù)服務(wù)項目—1∶1 000數(shù)字化地形圖航空攝影測量項目”為例。本項目測區(qū)范圍為曲江千林郡以南，北長安街以東，G65包茂高速以西，西楊萬村以北，總共為25 km2。

本項目使用PAN-A5傾斜航攝儀航飛，使用Smart 3D軟件進(jìn)行空中三角測量和三維實景建模。具體來說，它通過對獲得的傾斜影像數(shù)據(jù)進(jìn)行同名點(diǎn)選取、多視匹配、三角網(wǎng)(TIN)構(gòu)建、自動賦予紋理等步驟，最終得到三維實景模型。

3．1 工作量評估

項目使用常規(guī)垂直航空攝影測量和傾斜攝影真三維模型測量兩種方法進(jìn)行工作量評估，結(jié)果發(fā)現(xiàn)和常規(guī)垂直航空攝影測量相比，傾斜攝影真三維模型測量在1∶1 000地形圖整個制作過程中，工作量有所減少，工作效率提高了19%。工作量比對評估見表1。

表1 兩種地形圖制作方法工作比對評估

3．2 數(shù)學(xué)精度評估

本測區(qū)地貌為丘陵地，按照CJJ/T 8－2011《城市測量規(guī)范》，地物點(diǎn)中誤差為0．5 m，注記點(diǎn)高程中誤差為0．5 m，相對位置中誤差為0．4 m。

本項目共完成1∶1 000比例尺地形圖127幅。按照有關(guān)質(zhì)量檢查驗收規(guī)定，對傾斜攝影真三維模型測量成圖抽檢12幅。檢測方法為外業(yè)實測的方法。檢測結(jié)果如下，1∶1 000地形圖平面精度統(tǒng)計見表2，1∶1 000地形圖高程精度統(tǒng)計見表3，1∶1 000地形圖相對位置精度統(tǒng)計見表4。

表2 1∶1 000地形圖平面精度統(tǒng)計表

從表2、3、4可以看出，利用傾斜攝影三維實景模型制作1∶1 000比例尺地形圖數(shù)學(xué)精度完全滿足相應(yīng)成圖規(guī)范的要求。

表3 1∶1 000地形圖高程精度統(tǒng)計表

4 結(jié)語

傾斜攝影三維實景模型由于影像數(shù)據(jù)是從空中俯視拍攝的地面區(qū)域，因此在樹林、植被密集的地方，存在三維模型遮擋和拉花，本項目針對遮擋和拉花的區(qū)域采用全野外實測的方法進(jìn)行。為彌補(bǔ)全野外實測工作量較大的這一不足，未來可以利用地面拍攝影像比如街景掃描與傾斜攝影測量相結(jié)合進(jìn)行后續(xù)研究。

表4 1∶1 000地形圖相對位置精度統(tǒng)計表