劉麗娟　熊　文　李勝天

（江西省煤田地質(zhì)局測繪大隊　江西南昌　330001）

基于動力三角翼低空攝影測量技術(shù)的三維建模方法研究

劉麗娟熊文李勝天

（江西省煤田地質(zhì)局測繪大隊江西南昌330001）

摘要：通過利用動力三角翼低空攝影測量技術(shù)獲取高分辨率正射影像圖和DEM數(shù)據(jù)，利用ArcGIS和SketchUp相結(jié)合，實現(xiàn)了對地形和地物數(shù)據(jù)相結(jié)合的快速三維建模。實驗證明該方法可行。

關(guān)鍵詞：低空攝影測量；數(shù)字高程模型；正射影像圖；三維建模

1　引言

鑒于目前對三維景觀建模的方法研究，有通過專業(yè)的三維建模軟件實現(xiàn)的，有利用傳統(tǒng)的GIS數(shù)據(jù)進行三維建模的，第三種是通過利用航測技術(shù)進行三維建模。每種方法都各有特點。利用第一種方法的能對城市的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)特征比較逼真的表示出來，但是沒有具體的地理信息，第二種方法傳統(tǒng)的GIS數(shù)據(jù)不能對城市細節(jié)表現(xiàn)出來，視覺效果不好。利用航測方法能實時獲取清晰的數(shù)據(jù)，對地物地形及其變化能更加具體的描述，因此本文初步探討利用航測方法進行建模。

2　基于INPHO的動力三　角翼低空攝影的數(shù)據(jù)解算

隨著數(shù)碼相機技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，低空攝影測量技術(shù)的研究與應(yīng)用已成為必然趨勢，它是一種基于數(shù)字信息和數(shù)字影像技術(shù)的數(shù)據(jù)獲取手段。低空攝影測量是一種采用輕小型飛行器的，可使用但不依賴機場起降的，相對航高較低，一般在2000米以下，采用2000萬像素以上的小像幅數(shù)碼相機為傳感器進行航空攝影測量工作。

2.1低空攝影作業(yè)流程

（1）首先獲取基于POS輔助空三加密的影像數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采用動力三角翼低空航攝獲取。相機為RolleiP65+型數(shù)碼相機，焦距51.565mm，航向重疊65%，旁向重疊35%，航攝比例尺1:15000。

（2）POS數(shù)據(jù)解算。利用GRAFNAV軟件將獲得的GPS/IMU數(shù)據(jù)進行解算，得出比較準確的相機拍攝位置。結(jié)合飛行記錄里的姿態(tài)角 （已經(jīng)過云臺糾正），得到照片的初始6個方位元素：X，Y，Z，W，P，K。再將其坐標參數(shù)X，Y，Z通過參數(shù)轉(zhuǎn)換，將已有的WGS84坐標系轉(zhuǎn)換到所需的坐標系西安1980坐標系。

（3）內(nèi)業(yè)空三加密

由于數(shù)據(jù)有加載GPS/IMU，利用INPHO進行GPS/IMU輔助空三加密。INPHO軟件采用新一代光束法二次平差，能過得到更好的數(shù)學模型和平差結(jié)果，測區(qū)平差可靠，精度高。

加密分為兩種模式：第一種，絕對定向方式，即要求空三開始之前就加入地面控制點和檢查點。第二種。相對定向方式，即不要求地面控制點和檢查點，空三完成后再進行絕對定向，一般用于無控制點或者控制點不好做，影像質(zhì)量不好時。加密后的各種限差具體取值如表1。

2.2DEM制作和特征數(shù)據(jù)采集

數(shù)字地形模型（DigitalTerrainModel，簡稱DTM），是描述包括高程在內(nèi)的各種地貌因子，如坡度、坡向、坡度變化率等因子在內(nèi)的線性和非線性組合的空間分布。

INPHO模塊之一DTM/DSM生產(chǎn)——Match-T，具有精確、高效、全自動化的功能。

建立DEM的方法有多種，本文根據(jù)低空攝影獲取的影像，通過數(shù)字攝影測量途徑獲取。

1）從航空或衛(wèi)星影像中全總動化提取DSM/ DTM，為整個測區(qū)影像生成無縫模型。

2）通過先進的智能多影像匹配技術(shù)和有效的數(shù)據(jù)濾波，實現(xiàn)高精度和可靠性。

3）通過已有地形地貌數(shù)據(jù)參與以提高結(jié)果精度，所有影像重疊區(qū)均參入計算。

4）可以根據(jù)需要設(shè)定自定義區(qū)域，整合DTM工具包（合并、分幅、格式轉(zhuǎn)換等）。

2.3DEM數(shù)據(jù)編輯

通過以上方法提取DEM數(shù)據(jù)進行檢查編輯，對建筑物、水域、樹木上的DEM點進行編輯處理，使其落于地面上。

2.4數(shù)字正射影像圖制作

利用已編輯的DEM數(shù)據(jù)制作正射影像圖。數(shù)字正射影像圖影像地面分辨率：0.1米。對正射影像作勻光勻色處理。單個測區(qū)生成DOM后，對每個模型的正射影像進行檢查，對個別色調(diào)差別大的影像進行單獨處理。再選擇出顏色質(zhì)量好的，接近整體效果的影像為主影像，以它為參照進行勻光。

3　地形和建筑物三　維建模

Arcgis具有很強大 GIS三維功能，利用其ArcScene模塊可以直接添加顯示三維數(shù)據(jù)，疊加影像數(shù)據(jù)和矢量化數(shù)據(jù)，可以對矢量數(shù)據(jù)進行拉伸，從而達到很直觀的三維效果。也可以進行相關(guān)的3D分析，生成坡度坡向等。GoogleSketchUp軟件能迅速的對建筑物進行三維構(gòu)建、顯示和編輯。其建立的3D模型數(shù)據(jù)可以導(dǎo)出多種數(shù)據(jù)格式，能與GIS軟件兼容，參與3D空間分析。

本文利用 ArcScene對地形數(shù)據(jù)建模和SketchUp對建筑物建模相結(jié)合。

3.1地形的三維建模

地形建模是用于表達地面起伏形態(tài)，包括數(shù)據(jù)和地表紋理。其方法是可以通過利用三維

點云數(shù)據(jù)生成 TIN（TriangulatedIrregular Network，不規(guī)則三角網(wǎng)）或者DEM，在疊加正射影像數(shù)據(jù)作為地表模型的紋理數(shù)據(jù)。

本文通過低空航攝獲取到高分辨率正射影像圖和DEM數(shù)據(jù)，通過轉(zhuǎn)換DEM格式，在ArcScene中加載DEM數(shù)據(jù)，生成TIN模型，加載正射影像圖作為該地表模型的紋理疊加到該模型上，實現(xiàn)地形的三維建模，如圖1所示。3.2建筑物的三維建模

建筑物的建?？梢源笾路譃閹追N：大區(qū)域的建筑物群時，要分類建模；城市片區(qū)的內(nèi)部建筑物以簡單紋理體塊表示；街邊路邊的要在主體建筑物上添加紋理，增強真實感；結(jié)構(gòu)復(fù)雜或者有重要標志性的建筑物可以單獨建模。本文的數(shù)據(jù)屬于小區(qū)域的城市內(nèi)部建筑物，利用ArcGIS結(jié)合SketchUp建模流程概括：

（1）使用ArcGIS桌面，即ArcMap加載矢量數(shù)據(jù)，即特征數(shù)據(jù)采集的房屋三維數(shù)據(jù)。

（2）在ArcMap環(huán)境中，利用SketchUp插件工具，將所需要建模的區(qū)域?qū)隨ketchUp中。

（3）在SketchUp創(chuàng)建模型，對建筑物添加相應(yīng)的紋理。對于復(fù)雜的建筑物的外表比如門窗等框架結(jié)構(gòu)復(fù)雜圖案，可以利用紋理映射方法模擬這些細節(jié)，可以提高速度和減少數(shù)據(jù)量。

（4）在 SketchUp中將模型轉(zhuǎn)成 ArcGIS的Multipatch模 型 要 素 文 件 并 保 存 于Personal GeoDatabase（.mdb）中。

（5）在 ArcScene中將的房屋三維模型（Multipatch數(shù)據(jù)圖2（b））加載到圖1地形三維模型數(shù)據(jù)中，得到了建筑物結(jié)合地形的三維模型。如圖3所示。

4　結(jié)束語

利用三維建模軟件和GIS專業(yè)軟件相結(jié)合，通過航測方法獲取提取數(shù)據(jù)，能快速、有效、準確的實現(xiàn)地形地貌的建模，能得到更好的直觀的展示。低空攝影測量給三維城市地形地物的建模數(shù)據(jù)的獲取提供了一個很好的途徑，利用它們可以把遙感和決策信息系統(tǒng)技術(shù)集中起來，在測繪等領(lǐng)域中發(fā)揮更重要的作用。

參考文獻：

［1］程效軍，朱鯉，劉俊領(lǐng).基于數(shù)字攝影測量技術(shù)的三維建模.同濟大學學報（自然科學報）.2005，33（1）：37-41

［2］VirtuoZo全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)使用手冊.218-219

［3］徐昌榮，孫濤，仲軍華.ArcGIS結(jié)合SketchUp輔助城市規(guī)劃的綜述.安徽農(nóng)業(yè)科學.2008，36（34）：15132-15134