摘要：文章以貴陽市甲秀樓部件級實(shí)景三維建設(shè)為例，研究基于無人機(jī)傾斜攝影、貼近攝影測量技術(shù)在工程建設(shè)項目“多測合一”中應(yīng)用推廣的可行性，探索通過傾斜攝影、貼近攝影測量技術(shù)[1-2]等手段形成甲秀樓部件級實(shí)景三維模型，結(jié)合新型基礎(chǔ)測繪體系建設(shè)中實(shí)景三維建設(shè)的要求，進(jìn)行二、三維地理實(shí)體構(gòu)建，最后形成“多測合一”竣工驗(yàn)收的部件級實(shí)景三維成果，以為自然資源管理部門提供更為詳盡、真實(shí)、準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也可作為實(shí)景三維貴陽貴安建設(shè)眾源數(shù)據(jù)之一，為實(shí)景三維中國建設(shè)添磚加瓦。

關(guān)鍵詞：貼近攝影測量；多測合一；三維建模；地理實(shí)體；部件級實(shí)景三維模型

中圖分類號：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）19-0101-03

0 引言

自然資源部印發(fā)的《實(shí)景三維中國建設(shè)總體實(shí)施方案（2023—2025年）》中明確指出，可通過公共財政支持、市場化運(yùn)作等多元投入方式來開展部件級實(shí)景三維建設(shè)。傳統(tǒng)的“多測合一”測繪成果主要以數(shù)字線劃圖為表達(dá)形式；然而，在新型基礎(chǔ)測繪業(yè)務(wù)格局之下，實(shí)景三維已成為基礎(chǔ)測繪的主要成果展現(xiàn)方式。筆者認(rèn)為，“多測合一”測繪業(yè)務(wù)與部件級實(shí)景三維建設(shè)高度契合。本文從“多測合一”竣工驗(yàn)收階段的測繪業(yè)務(wù)切入，研究和探索基于“多測合一”的部件級實(shí)景三維建設(shè)，其中，無人機(jī)技術(shù)與新型測繪技術(shù)的結(jié)合是實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)的重要手段之一。

1 建設(shè)思路

貴州省“多測合一”竣工驗(yàn)收階段的主要測繪成果形式包括竣工地形圖、竣工平面圖、建筑分層平面圖、竣工圖片及匯總表等文檔資料。根據(jù)實(shí)景三維建設(shè)的技術(shù)要求，“多測合一”竣工驗(yàn)收測繪成果要以部件級實(shí)景三維成果形式體現(xiàn)，第一步是利用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)獲取竣工范圍的傾斜數(shù)據(jù)，制作竣工區(qū)域的三維場景表達(dá)；第二步利用傾斜模型數(shù)據(jù)生產(chǎn)二維地理實(shí)體數(shù)據(jù)，并掛接相應(yīng)的屬性信息，同時在此基礎(chǔ)上派生竣工地形圖、竣工平面圖、建筑分層平面圖；第三步通過貼近攝影測量對竣工區(qū)域建筑物、構(gòu)筑物及附屬設(shè)施進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)建筑物、構(gòu)筑物及附屬設(shè)施的三維精細(xì)化模型重建。最終形成一套完整的既達(dá)到現(xiàn)行“多測合一”竣工驗(yàn)收要求的測繪成果，又符合實(shí)景三維建設(shè)要求的部件級實(shí)景三維成果。其技術(shù)路線如圖1所示。

2 建設(shè)內(nèi)容

2.1 數(shù)據(jù)獲取

本文以貴陽市甲秀樓部件級實(shí)景三維建模為例[3-5]，甲秀樓位于貴陽市南明河上，是貴陽文化歷史的見證，其建筑特點(diǎn)是三層三檐四角攢尖頂閣樓式建筑，樓層逐層收進(jìn)，樓整體由石拱“浮玉橋”連接兩岸，橋面至樓頂高約20米，由12根石柱托檐，樓邊護(hù)以白色雕花石欄桿合圍。選擇甲秀樓進(jìn)行部件級實(shí)景三維建模，主要是因?yàn)槠渚哂幸欢ǖ膹?fù)雜性，便于探討和總結(jié)在部件級實(shí)景三維建設(shè)中成本控制及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

利用無人機(jī)對甲秀樓景區(qū)大約0.05平方千米區(qū)域進(jìn)行3cm的傾斜攝影，對甲秀樓建筑及周邊附屬設(shè)施進(jìn)行分辨率優(yōu)于1cm的貼近攝影測量所需影像采集[5]。對建筑的彩繪圖案、雕刻等重點(diǎn)細(xì)節(jié)及無人機(jī)無法進(jìn)入的區(qū)域，主要集中在一樓外的廊道，需要補(bǔ)拍影像數(shù)據(jù)，以保證建模紋理細(xì)節(jié)的完整性。經(jīng)過研究對比，選擇了具有衛(wèi)星定位、慣導(dǎo)和視頻攝影測量RTK設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)拍，既能保障精度又能滿足后期三維建模要求，可以作為貼近攝影測量數(shù)據(jù)的一種便捷有效的補(bǔ)充手段。航線點(diǎn)云數(shù)據(jù)如圖2所示。

2.2 空三建模

將無人機(jī)傾斜影像、貼近攝影影像、RTK補(bǔ)拍影像、控制點(diǎn)成果導(dǎo)入建模軟件中分別進(jìn)行空三加密。1） 無人機(jī)傾斜影像使用地面控制點(diǎn)進(jìn)行平差，并生成粗模[6]；2） 貼近攝影影像結(jié)合補(bǔ)拍影像進(jìn)行密集匹配，為保證和前者數(shù)據(jù)具有統(tǒng)一的空間參考基準(zhǔn)，從傾斜影像生成的粗模中選取明顯特征點(diǎn)作為控制點(diǎn)輔助貼近攝影影像進(jìn)行空三加密。

要得到傾斜影像和貼近影像融合后的精細(xì)化模型，需要對兩者空三成果進(jìn)行融合，即空三加密點(diǎn)的融合拼接。在融合拼接完成后，利用建模軟件構(gòu)建TIN結(jié)構(gòu)，對三角網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化，選擇最佳的目標(biāo)影像進(jìn)行紋理映射與優(yōu)化，劃分精細(xì)三維模型小區(qū)域瓦片，通過多節(jié)點(diǎn)集群系統(tǒng)并行處理，完成三維模型重建。

在三維重建基礎(chǔ)上進(jìn)行檢查，檢查航片質(zhì)量，剔除不合格的影像，檢查模型是否存在空洞、拉花、漂浮物等不合格項，對影響模型效果的質(zhì)量問題進(jìn)行修復(fù)，如果影響重建效果還須進(jìn)行補(bǔ)拍。均無誤后可以詳細(xì)瀏覽所建成的甲秀樓實(shí)景三維模型的精細(xì)化紋理，碑文上的刻字清晰可見，景區(qū)導(dǎo)覽二維碼可在瀏覽器上進(jìn)行掃描識別，樓體和牌坊的檐廊下雕花、鐫刻圖案栩栩如生，色彩紋理反映得明艷真實(shí)，達(dá)到對建筑單體的部件級實(shí)景三維建模效果，如圖3所示。

2.3“ 多測合一”地理實(shí)體分類

“多測合一”地理實(shí)體分類標(biāo)準(zhǔn)的確定是進(jìn)行二維地理實(shí)體生產(chǎn)的前提，分類中涉及的建筑物、構(gòu)筑物之類的地理實(shí)體可直接按新型基礎(chǔ)測繪基礎(chǔ)地理實(shí)體分類，涉及規(guī)劃控制方面的地理實(shí)體可以歸到管理實(shí)體的一級類（國土空間規(guī)劃）中二級類（規(guī)劃控制線）里，包括規(guī)劃用地紅線、規(guī)劃道路紅線、綠化保護(hù)帶、河道保護(hù)藍(lán)線、歷史文物保護(hù)紫線、高壓走廊黑線等。

2.4 二維地理實(shí)體生產(chǎn)

2.4.1 地理實(shí)體方案配置

在進(jìn)行地理實(shí)體生產(chǎn)之前須對地理實(shí)體進(jìn)行方案配置。根據(jù)“多測合一”地理實(shí)體分類標(biāo)準(zhǔn)：1） 定制FeatureCodeTB表（一般稱為編碼表），設(shè)置編碼、實(shí)體名稱、圖層、線寬、顏色、對象類型（點(diǎn)、線、面）等內(nèi)容，通過字段名稱、字段含義、字段說明三項對編碼表進(jìn)行詳細(xì)說明，如表1所示。2） 主要依據(jù)2017版國家基本比例尺地形圖圖式定義各要素的符號化樣式，通過修改符號描述表進(jìn)行（SymbolScriptTB表）。按照地物類型及其圖式符號特征，EPSE地理實(shí)體工作站基本可以分為七大類符號定制方式。屬性表的字段由基本屬性加該圖層內(nèi)所有實(shí)體的專用屬性的并集組成，包含字段名、字段別名、字段類型、字段描述、值域等。

2.4.2 地理實(shí)體定義

按照“多測合一”地理實(shí)體分類標(biāo)準(zhǔn)對實(shí)體進(jìn)行定義。根據(jù)現(xiàn)實(shí)世界中已知的信息，預(yù)定義基本實(shí)體關(guān)系，在生產(chǎn)過程中，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要增加、修改、刪除實(shí)體關(guān)系。同時，定義地理實(shí)體語義規(guī)則，可根據(jù)語義化應(yīng)用需要對地理實(shí)體語義關(guān)系進(jìn)行增加、修改、刪除。

2.4.3 地理實(shí)體生產(chǎn)

在進(jìn)行地理實(shí)體方案配置、地理實(shí)體定義工作后，開始進(jìn)行地理實(shí)體生產(chǎn)工作，全要素地形數(shù)據(jù)和地理實(shí)體的數(shù)據(jù)格式采用山維EPS的EDB格式。地理實(shí)體制作的流程包括源數(shù)據(jù)收集分析、實(shí)體編輯、語義化處理、數(shù)據(jù)質(zhì)檢4個環(huán)節(jié)。源數(shù)據(jù)是處理好的竣工區(qū)域傾斜模型，在傾斜模型上進(jìn)行實(shí)體圖形和屬性的采集、編輯。實(shí)體編輯主要為線實(shí)體和面實(shí)體的編輯，屬性采集、編輯主要為對屬性信息的提取，如道路名稱、建筑層數(shù)面積等。語義化處理包括實(shí)體屬性掛接、屬性編輯、空間身份編碼賦值、實(shí)體關(guān)系構(gòu)建等，生產(chǎn)過程中要對實(shí)體分類名稱賦值，還要對實(shí)體身份編碼賦值，以便生產(chǎn)軟件自動構(gòu)建實(shí)體關(guān)聯(lián)關(guān)系；最后根據(jù)實(shí)體建立規(guī)則定制質(zhì)檢方案和質(zhì)檢功能，對實(shí)體圖形從空間邏輯、實(shí)體屬性、實(shí)體關(guān)系等多個維度的質(zhì)量檢查，滿足質(zhì)檢規(guī)范要求。質(zhì)量檢查通過后，在實(shí)體數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上派生竣工地形圖，制作竣工平面圖、建筑分層平面圖。

3 工作量測算

通過上述工作完成甲秀樓部件級實(shí)景三維的建設(shè)以后，筆者對工作量進(jìn)行了測算，目的是對基于“多測合一”竣工驗(yàn)收中的部件級實(shí)景三維生產(chǎn)可推廣性和成果的多樣性、可用性進(jìn)行評估。

經(jīng)過測算，竣工現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集花費(fèi)6小時，按一個工作日計算。地理實(shí)體生產(chǎn)3小時，按半個工作日計算。建模空三運(yùn)算耗時4小時，三維建模耗時8小時，是建模軟件自動運(yùn)算，24小時運(yùn)行，可基本不占用工作時間。完成甲秀樓部件級實(shí)景三維工作大約需要兩個工作日。甲秀樓部件級實(shí)景三維能提供的成果包括竣工范圍內(nèi)傾斜模型及派生真正射影像（TDOM） 、數(shù)字高程模型（DEM） 、數(shù)字表面模型（DSM） ，二維地理實(shí)體及派生的數(shù)字線劃圖（DLG） 。按現(xiàn)行的工作方式對甲秀樓區(qū)域進(jìn)行竣工測量并完成最終成果提交所需時間大約一個工作日。

4 結(jié)束語

目前，“多測合一”竣工驗(yàn)收成果主要是二維的DLG線劃圖，對驗(yàn)收項目整體信息反饋相對抽象、單一。結(jié)合新型基礎(chǔ)測繪體系建設(shè)和實(shí)景三維中國建設(shè)的推進(jìn)，筆者通過研究、實(shí)踐，探索出一些有意義的經(jīng)驗(yàn)。一是摸索出一套基于“多測合一”竣工驗(yàn)收中的部件級實(shí)景三維生產(chǎn)全新的、可行的工藝流程；二是部件級實(shí)景三維模型能夠提供精細(xì)的、豐富的紋理細(xì)節(jié)信息，而地理實(shí)體數(shù)據(jù)成果將模型語義化，兩者結(jié)合使它既能真實(shí)地反映竣工建筑物實(shí)體的紋理和屬性信息，滿足行業(yè)管理部門查詢、瀏覽、規(guī)劃設(shè)計等功能需求，又能滿足建設(shè)項目實(shí)行精細(xì)化、數(shù)字化管理的需要；三是助力數(shù)字政府建設(shè)，為城市更新、應(yīng)急救災(zāi)等提供支撐服務(wù)，還可通過“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)打造數(shù)字文旅，實(shí)現(xiàn)文化旅游的線上導(dǎo)覽，為文物建檔、修繕保護(hù)等提供數(shù)字化文檔資料；四是竣工驗(yàn)收部件級實(shí)景三維模型可作為實(shí)景三維中國建設(shè)的數(shù)據(jù)源之一，避免重復(fù)測繪，減少時間和財政的多次投入，達(dá)到節(jié)能增效的目的。隨著科技的不斷發(fā)展，實(shí)景三維在“互聯(lián)網(wǎng)+”、云計算等技術(shù)的背景下產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益，具有廣闊的應(yīng)用前景，但是在數(shù)據(jù)輕量化、軟硬件配套等方面還需要一段時間的摸索，我們將在今后的應(yīng)用中持續(xù)探索，精益求精。

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