(遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院 遼寧 大連 116029)

引言

近年來隨著城市化的快速推進，城市建筑的外形越來越復(fù)雜，建立精準(zhǔn)三維模型也越來越困難，因此能夠高精度地、真實地獲取和反映地物、地貌的紋理信息以及實際情況是建立完美三維模型的重要前提。王丙濤等基于傾斜攝影測量的三維建模技術(shù)對丹陽市建成區(qū)約120km2的范圍進行了三維數(shù)字城市模型的生產(chǎn)及檢測評定[1]。牛鵬濤利用傾斜攝影技術(shù)獲取建模區(qū)域的傾斜影像,經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理和已有建筑的幾何模型,最終建立了以建筑物紋理與幾何模型相結(jié)合的三維模型[2]。本文首次將傾斜航空攝影測量的三維建模技術(shù)應(yīng)用于大連市大黑山地區(qū)進行三維景觀建模。

一、研究區(qū)概況

大黑山位于東經(jīng)121°44’～121°49’,北緯39°01’～39°04’，北鄰長白山、千山，南接黃海、渤海，占地面積約為 23.79 km2，是大連古文化的發(fā)祥地，遼東地區(qū)著名的宗教圣地，遼寧省文物保護單位，于2007年被批準(zhǔn)為國家 AAA 級景區(qū)。

二、研究技術(shù)與方法

傾斜航空攝影測量技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一項基于多角度觀測的攝影測量技術(shù)[3]。該技術(shù)所得影像數(shù)據(jù)的地貌紋理及地物信息精度更高且更為真實，還可以通過先進的定位、融合和建模等技術(shù)，生成直觀形象的三維模型。本研究的建模過程主要包括傾斜航空攝影測量、空中三角測量以及三維建模等步驟。

在傾斜航空攝影測量過程中本研究航攝區(qū)域設(shè)計方面滿足如下要求：1、攝區(qū)接邊：在項目范圍過大時，將整個區(qū)域分成若干個較小的分區(qū)，兩個分區(qū)的接邊處應(yīng)保證有 100-200 米的重疊度，以保證后期數(shù)據(jù)處理時的邊緣的精度。2、航線方向：盡量保證攝區(qū)所生產(chǎn)的航線為正南北向或正東西向。3、邊界外擴：攝區(qū)邊界根據(jù)對應(yīng)的地形、地貌，進行適當(dāng)外擴。在拍攝邊界有高層、超高層建筑或陡崖等近豎直地形時，邊界需外擴一個相對航高的距離。在拍攝邊界為山地等相似地形時，邊界需外擴約 1/2相對航高的距離。在拍攝邊界地勢較平坦且沒有較高建筑物時，邊界外擴 1/3 相對航高即可。這樣可以確保所拍攝像片可以包含攝區(qū)邊界的所有地貌元素。4、攝區(qū)及航向大?。悍謪^(qū)面積不要過小，以保證航線長度適當(dāng)，減少航線轉(zhuǎn)彎時間，提高效率，但區(qū)域同時不能過大，根據(jù)具體航飛速度計算，設(shè)計攝區(qū)所生成的航線，單條拍攝時間正常不超過 20 分鐘。這樣可以便于航線的補拍，并保證后期內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的效率。

本研究通過直升機搭載AMC5100傾斜數(shù)碼航空照相機系統(tǒng)進行多視角傾斜航拍影像。其中，AMC5100 傾斜數(shù)碼航空照相機系統(tǒng)由五臺大幅面 PHASE ONE IXU 1000 航空照相機組成，集成了 Applanix POS AP20(DGPS/IMU 慣性導(dǎo)航系統(tǒng))并使用FANS(Flexible Airborne Navigation System)作為飛行管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，可根據(jù)需求采集不同分辨率的傾斜航空影像。

在航拍過程中，往往會經(jīng)歷多種不可抗的因素，例如，陽光強度過盛，云朵遮擋，航拍區(qū)域霧霾嚴(yán)重，等等。這些都會導(dǎo)致獲取的影像精度受到一定影響。本文影像處理采用 Capture one 9 軟件，進行勻光、勻色處理，從而修正相片過曝或者亮度不夠等問題，使影像的色彩保持真實、統(tǒng)一。

空中三角測量亦稱作空三加密，是傾斜航空攝影測量技術(shù)三維建模最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。匹配影像數(shù)據(jù)的加密點和匹配影像關(guān)聯(lián)的控制點，是空三加密前進行最重要的兩項工作?？杖用芗赐ㄟ^GPS 載波相位差分定位和 POS 系統(tǒng)相結(jié)合，獲取相應(yīng)位置的姿態(tài)參數(shù)以及各像片的相關(guān)方位元素，對多視角影像自檢區(qū)域網(wǎng)平差迭代進行運算，在反復(fù)進行解算后求出精度要求范圍內(nèi)的結(jié)果。本研究在Smart 3D Capture Master軟件中進行空三加密以及三維建模，最終得到大連大黑山地區(qū)三維景觀模型。

三、總結(jié)

相比較傳統(tǒng)的三維建模技術(shù)，基于傾斜航空攝影測量的三維建模技術(shù)具有三個明顯的優(yōu)勢：第一、可以直觀真實反映地面情況并且能對模型中的地物進行量測。所獲的模型囊括了地物的外觀、位置、高度等屬性，增強了三維數(shù)據(jù)給人們所帶來的真實感，彌補了傳統(tǒng)人工模型仿真度低缺點的同時,擴大了傾斜攝影測量的應(yīng)用范圍。第二、高性價比。傾斜航空攝影測量所獲得的影像數(shù)據(jù)可量測空間位置信息，可輸出格式也較為多樣，包括DSM、DOM、DLG 等多種格式。在滿足傳統(tǒng)航空攝影測量的同時可獲得更多的數(shù)據(jù)。同時使用傾斜影像批量提取及貼紋理的方式，能夠有效地降低城市三維建模成本。第三、高效率。借助旋翼無人機、固定翼無人機、動力三角翼、直升機、運 5、運 12 等多種飛行載體，傾斜航空攝影測量技術(shù)可以快速采集影像數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)全自動化的三維建模。本研究證明:人工建立大黑山三維建模需要1～2 年的時間，而借助傾斜航空攝影測量技術(shù)在2～4個月內(nèi)可完成，大大提高了工作效率。