摘要：近年來，隨著智慧城市的發(fā)展，三維空間數(shù)據(jù)成為社會發(fā)展所必需的一種新的直觀的數(shù)據(jù)表達(dá)方式，而傳統(tǒng)的既費力又耗時、周期長的手工建模方式和傳統(tǒng)的非接觸式僅從垂直方向獲取建模影像數(shù)據(jù)的攝影測量技術(shù)已難以滿足智慧城市三維建模的復(fù)雜要求，傾斜攝影測量技術(shù)的出現(xiàn)顛覆了原有的建模拍攝角度的局限，提供了自動化、低成本、高效率和高精度的建模流程。同時基于傾斜攝影測量技術(shù)對吉林省某市三維建模數(shù)據(jù)采集技術(shù)流程進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計，使用飛機(jī)搭載五鏡頭航攝儀與固定翼無人機(jī)作業(yè)平臺對建模區(qū)域進(jìn)行傾斜攝影三維建模數(shù)據(jù)采集，并采用建模軟件實現(xiàn)自動批量建模、實現(xiàn)三維模型的單體化。

關(guān)鍵詞：三維建模"傾斜攝影測量"智慧城市"單體化"分層展示

中圖分類號：P231

Research"on"Oblique"Photographic"3D"City"Modeling"Based"on"Layered"Display

ZHAO"Xiaoyu

（School"of"Geomatics"and"Urban"Spatial"Informatics，"Beijing"University"of"Civil"Engineering"and"Architecture，"Beijing，"102616"China）

Abstract："In"recent"years，"with"the"development"of"intelligent"cities，"3D"spatial"data"has"become"a"new"and"intuitive"way"of"data"expression"that"is"necessary"for"social"development，"and"the"traditional"manual"modeling"method"which"is"laborious，"time-consuming"and"long-term"and"the"traditional"non-contact"photogrammetry"technology"which"only"obtains"modeling"image"data"from"the"vertical"direction"can"no"longer"meet"the"complex"requirements"of"the"3D"modeling"of"smart"cities."The"emergence"of"the"oblique"photogrammetry"technology"has"overturned"the"limitations"of"the"original"modeling"shooting"angle，"and"provided"an"automatic，"low-cost，"high-efficiency"and"high-precision"modeling"process."Based"on"the"oblique"photogrammetry"technology，"this"paper"designs"the"process"of"3D"modeling"data"collection"technology"in"a"city"in"Jilin"Province"in"detail，"collects"the"oblique"photographic"3D"modeling"data"of"the"modeling"area"by"the"aircraft"equipped"with"a"five-len"aerial"camera"and"a"fixed-wing"UAV"operating"platform，"and"realizes"automatic"batch"modeling"and"the"monomerization"of"the"3D"model"by"modeling"software.

Key"Words："3D"modeling;"Oblique"photogrammetry;"Intelligent"city;"Monomerization;"Layered"display

近年來，城市三維模型（3D"City"Model，3DCM）生產(chǎn)日益成為測繪生產(chǎn)單位的一項重要地理信息數(shù)據(jù)生產(chǎn)任務(wù)。目前，傳統(tǒng)非接觸式攝影測量技術(shù)已難以滿足數(shù)字城市三維建模的復(fù)雜要求，傳統(tǒng)航攝影像以接近垂直角度進(jìn)行拍攝，正射影像數(shù)據(jù)可快速獲取城市建筑的頸部結(jié)構(gòu)與紋理信息，然而建筑物的側(cè)面結(jié)構(gòu)與紋理卻無法從中提取[1]。傾斜攝影測量技術(shù)的出現(xiàn)有效地解決了這個問題，它通過將多臺傳感器搭載在同一個飛行平臺上，同時從4個傾斜、1個垂直的角度來進(jìn)行拍攝，為建模提供了全面的數(shù)據(jù)，并且顛覆了低效率、高成本的手工建模人機(jī)交互建模等傳統(tǒng)方式[2]，大大縮短了作業(yè)時間，簡化了建模流程，降低了建模成本。本文主要以傾斜攝影測量技術(shù)為基礎(chǔ)，以吉林省某市為例，對其三維建模數(shù)據(jù)采集技術(shù)流程進(jìn)行設(shè)計。

1"測區(qū)與設(shè)備介紹

測區(qū)位于吉林省某市，總面積為1"460"km2，東西橫跨距離約144"km，南北縱向距離約107"km。本項目所使用的軟硬件配置如表1所示。

2"設(shè)計內(nèi)容

2.1"測繪基準(zhǔn)

平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用CGCS2000坐標(biāo)，高程系統(tǒng)采用1985國家高程基準(zhǔn)，成圖比例尺為1∶1000，影像分辨率為10"cm。

2.2"技術(shù)流程

技術(shù)流程如圖1所示，具體流程為：（1）對城市的地理環(huán)境地形地貌、氣候條件、空域條件以及人文環(huán)境進(jìn)行充分的了解，對需要航飛的區(qū)域申請空域；（2）對主城區(qū)進(jìn)行詳細(xì)的傾斜攝影航線設(shè)計，測區(qū)為兩個面積較小的建成區(qū)和一個大面積的中心城市區(qū)，所以測區(qū)分為3個測區(qū)，即a、b、c測區(qū)，如圖2所示，本次傾斜攝影a和c測區(qū)使用翼飛閃電F-26固定翼無人機(jī)搭載翼飛W5五鏡頭相機(jī)來獲取影像，b測區(qū)較大使用運5飛機(jī)搭載SWDC5航攝儀分區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，各攝區(qū)的主要航飛參數(shù)如表2所示；（3）數(shù)據(jù)采集完成后，對像控點進(jìn)行分區(qū)布設(shè)并采用GPS在野外進(jìn)行測量；（4）將影像數(shù)據(jù)、相機(jī)的POS數(shù)據(jù)導(dǎo)入PIX4D建模軟件并刺好像控點進(jìn)行空三加密與批量建模；（5）對生成的三維模型進(jìn)行單體化便于對建筑物等的查詢；（6）對標(biāo)志性建筑物進(jìn)行傾斜攝影在建模軟件里建立單體化模型，對傾斜攝影無法采集到的遮擋的紋理數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充采集；（7）將正射影像和數(shù)字高程模型進(jìn)行融合建立地表模型；（8）將地表模型、建筑物單體化模型實現(xiàn)分層展示。

2.3"控制點布設(shè)

主城區(qū)像控點布設(shè)密度依據(jù)規(guī)范要求，按每個航攝分區(qū)8個平高點、1～2個檢查點，檢查點宜布設(shè)在像主點附近，不參與平高點區(qū)域網(wǎng)平差，只用于檢查加密成果的可靠性。采用區(qū)域網(wǎng)經(jīng)典布點方案，像控點采用GPS-RTK方法進(jìn)行測量，由于GPS測量結(jié)果是WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)，本設(shè)計采用CGCS2000坐標(biāo)系，所以在測量之前先進(jìn)行坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換[3]。

2.4"批量自動建模

首先啟動pix4d軟件新建項目，導(dǎo)入影像數(shù)據(jù)并編輯圖片屬性，選擇圖像坐標(biāo)系及POS數(shù)據(jù)坐標(biāo)系，默認(rèn)是WGS84（經(jīng)緯度）坐標(biāo)系，導(dǎo)入POS文件并編輯相機(jī)參數(shù)[4]。點擊next，彈出選擇輸出坐標(biāo)系窗口，基準(zhǔn)面選擇China"2000，坐標(biāo)系選擇CGCS2000。然后選擇處理選項模板3D"Maps，可生成正射影像圖，點云和3D紋理，然后點擊finish完成創(chuàng)建。

2.5"三維模型單體化

通過空三加密和傾斜攝影自動化建模處理后所得到的OBJ或者OSGB等三維模型是一個連續(xù)的TIN數(shù)據(jù)，而GIS平臺并不能對其中特定的地物進(jìn)行選擇和查詢。但是能對地物進(jìn)行單獨的選中，賦予并查詢屬性，進(jìn)行空間分析等操作是最基本的功能要求，因此需要對傾斜攝影模型進(jìn)行拆分及單體化處理。在目前的攝影測量行業(yè)當(dāng)中一般有3種方式進(jìn)行單體化，分別為切割單體化、ID單體化和動態(tài)單體化[5]。本設(shè)計使用超圖的桌面軟件進(jìn)行攝影測量數(shù)據(jù)模型的單體化。

2.6"標(biāo)志性建筑物單體化建模

對單個高層建筑物利用多旋翼無人機(jī)飛馬D2000進(jìn)行傾斜攝影來獲取影像數(shù)據(jù)，其中航線規(guī)劃采用手機(jī)軟件Altizure，然后對傾斜攝影無法拍攝到的建筑紋理數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充采集，確保得到的紋理數(shù)據(jù)充足，再通過建模軟件Context"Capture來建模。

2.7"地表模型建立

地表模型實際上是數(shù)字高程模型和正射影像疊加的結(jié)果，是正射影像在高程這一參數(shù)方向的拉伸顯示。操作步驟是用ArcGIS將準(zhǔn)備好的該市的1∶1000DEM數(shù)據(jù)和正射影像圖導(dǎo)出為TIFF格式，然后打開TerraBuilder將兩個數(shù)據(jù)添加進(jìn)去，要保證兩個數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系一致，然后點擊工具欄的“create"MPT”，在彈出的窗口中點擊“Start"MPT”，創(chuàng)建完成后點擊ok。在“View"In"3D”菜單瀏覽效果，該市地表模型如圖3所示。

2.8"三維模型分層展示

三維模型的分層展示，就是將已經(jīng)建好的城區(qū)普通模型、經(jīng)過單體化處理和紋理修補(bǔ)的模型以及地表模型加載并顯示在同一區(qū)域的顯示區(qū)。因此，首先應(yīng)該對三者進(jìn)行地理位置的配準(zhǔn)。由于ArcGIS并不能直接將OSGB文件加載進(jìn)去，所以需要先利用Smart3D軟件對模型文件進(jìn)行重新導(dǎo)出[6]，其導(dǎo)出格式應(yīng)為Esri"I3S標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式SLPK，然后再將三維模型加載進(jìn)入ArcGIS當(dāng)中。在ArcGIS當(dāng)中，利用move"to工具將已經(jīng)確定好的控制點位置關(guān)系進(jìn)行匹配移動，從而將三者空間位置進(jìn)行正確的吻合，然后再導(dǎo)出該模型。最后利用Skyline"TerraExplorer"Pro對三者進(jìn)行加載，以實現(xiàn)分層顯示的效果。

3"結(jié)論與展望

經(jīng)過此次設(shè)計，發(fā)現(xiàn)傾斜攝影測量技術(shù)在三維建模方面的重要作用，它使三維建模的流程更加自動化、精細(xì)化，在智慧城市的發(fā)展道路上至關(guān)重要。雖然本設(shè)計已經(jīng)實現(xiàn)了絕大部分模型的制作要求，但仍然有許多細(xì)節(jié)方面并不能做到精細(xì)到位，主要包括以下幾個方面。

（1）標(biāo)志性建筑物建模不完全，本設(shè)計所包含的標(biāo)志性建筑物，分布較為分散，加以現(xiàn)實狀況，并沒有找到合適的辦法對每一個標(biāo)志性建筑物進(jìn)行單獨的傾斜攝影。因此，所完成的標(biāo)志性建筑建模并不完整。

（2）建筑物單體建模精細(xì)化不夠。在對已經(jīng)單體化的建筑物模型進(jìn)行模型修補(bǔ)和紋理貼圖時，雖然允許在不影響建筑物真實性、幾何結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，存在部分非常精細(xì)的細(xì)節(jié)信息缺失，但是，由于數(shù)據(jù)不足的原因，對模型的修改和紋理的貼圖部分，并不能完全以實際情況進(jìn)行制作，因此不可避免地存在誤差。

參考文獻(xiàn)

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