袁秀忠+秦曉東+孔德志+孫蓮蓮

[摘 要] 隨著無人機技術(shù)及計算機處理海量數(shù)據(jù)能力的不斷提高，使得傾斜攝影技術(shù)在各行各業(yè)得到了廣泛應用，本文結(jié)合利用無人機傾斜攝影技術(shù)的特點，論述建設潼關(guān)水文站實景三維模型的流程，并在模型上采集檢查點坐標與實地測量成果進行精度對比分析。

[關(guān)鍵詞] 傾斜攝影；三維模型；應用研究

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 21. 074

[中圖分類號] P23 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2017）21- 0173- 03

0 引 言

傾斜攝影測量是近幾年發(fā)展起來的新技術(shù)，其通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從垂直、傾斜等不同角度采集影像，從而獲取地面物體更為完整準確的信息。該技術(shù)不僅大大減少了外業(yè)作業(yè)時間，提高了勞動效率，而且能夠高精度地獲取物方紋理信息，通過先進的定位、融合、建模等技術(shù)，自動化快速生成真實的三維場景。傾斜攝影測量關(guān)鍵技術(shù)主要由無人機技術(shù)、傾斜攝影測量系統(tǒng)及三維建模軟硬件三部分組成。

1 潼關(guān)水文站建模流程

本次潼關(guān)水文站航拍區(qū)域包括水文站站院及測流斷面上下游600米區(qū)域的整個河段，面積約1.4km。一個實景三維模型的建模流程一般由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)整理檢查、導入建模軟件、空三加密測量、自動生成模型等幾部分組成。為說明情況，以廣州紅鵬公司的六旋翼無人機、Smart3DCapture三維建模軟件為例說明。

1.1 數(shù)據(jù)采集

本次作業(yè)采用旋翼式AC1100無人機搭載紅鵬AP5100五鏡頭相機獲取。結(jié)合測區(qū)地物情況，河道右岸（潼關(guān)水文站站院）飛行兩個架次，航高120m，航向重疊75%，旁向重疊75%；河道左岸飛行兩個架次、河道中間飛行六個架次，航高均為200m，航向重疊75%，旁向重疊75%。架次之間保證有重疊，避免出現(xiàn)攝影盲區(qū)。為保證模型精度，在攝區(qū)均勻布設21個像片控制點。為檢驗模型精度，在攝區(qū)隨機布設15個檢查點?？刂泣c及檢查點采用GPS RTK模式采集。平面坐標系統(tǒng)采用國家2000坐標系，中央經(jīng)線為111E，高程采用1985年高程基準。

1.2 數(shù)據(jù)整理檢查

飛行數(shù)據(jù)包括三部分：一是飛行時無人機自動記錄的POS數(shù)據(jù)（pos.txt），POS數(shù)據(jù)包括攝影時各相片的坐標、航線角度等；二是無人機空中拍攝的原始影像數(shù)據(jù)，包含一組正射影像和四組傾斜角度采集的影像；三是航線軌跡圖（.gdb文件）。

（1）根據(jù)POS數(shù)據(jù)，剔除無POS記錄的影像數(shù)據(jù)。為了方便POS數(shù)據(jù)后期整理及其對應影像的有效性，無人機在進入攝區(qū)前，攝影平臺采用定時曝光（每3.5秒自動拍攝一次），進入攝區(qū)則進行定點拍攝并記錄POS值。同時，完成攝區(qū)拍攝任務后，整個拍攝系統(tǒng)將停止工作，進入待機狀態(tài)，從而確保獲取的影像與POS值有很好的匹配關(guān)系。整理影像數(shù)據(jù)時可以根據(jù)POS記錄的條數(shù)及航線轉(zhuǎn)角將影像數(shù)據(jù)與POS值一一對應，剔除無POS記錄的影像數(shù)據(jù)。

（2）按照不同的相機重命名影像，一般命名規(guī)則為“相機號（英文字母）+數(shù)字”，正射影像按照A1001……，其余傾斜相機按照B1001、C1001、D1001、E1001……命名，重命名是為了后面像控點刺點找片提供方便。

（3）檢驗航線軌跡和控制點是否在所需拍攝范圍內(nèi)。

（4）挑選各控制點對應影像進行刺點，每個相機至少兩張，這樣就將外業(yè)采集的影像與相片控制點進行了初步關(guān)聯(lián)。

1.3 數(shù)據(jù)導入

將影像數(shù)據(jù)、POS數(shù)據(jù)、像控點坐標及相機尺寸和焦距導入建模軟件，為建模做好準備工作。

（1）如果沒有POS數(shù)據(jù)，直接加載影像文件（Add photos）或文件夾（Add directory），導入全部照片，設置傳感器大小（Sensor Size）和焦距（Focal leng）等參數(shù)。

（2）如果有整理好的POS數(shù)據(jù)，可以直接加載導入軟件，在軟件中可以查看到影像的空間效果，通過該示圖基本判斷飛行的質(zhì)量。

1.4 空中三角加密測量

將導入的像控點與相片關(guān)聯(lián)，并對每一副照片相片進行定位，這在航空攝影測量中稱作空中三角加密測量，簡稱“空三加密”。這一步最為關(guān)鍵，也是在三維建模軟件中需要人工干預的一步。通過這一步工作將每一張照片根據(jù)POS記錄的坐標及像控點坐標進行精確定位。一般是每個控制點可以只選刺一組影像的兩張照片，待第一次空三加密運算完畢后，再選取所有照片進行刺點，重新進行空三加密運算，直到合格為止。

1.5 自動生成數(shù)字模型

空三加密運算完成后可概略查看空三運算后的圖形大致形狀，如果沒有大的差錯，提交生成模型。Smart3DCapture可以提供集群式生成模型，參與計算的工作站越多，建模時間越快，大大節(jié)省了建模時間，這是Smart3DCapture的一大優(yōu)勢。Smart3DCapture不僅可以生成三維數(shù)字地表模型（DSM），也可以生成三維點云、正射影像等。模型格式有它自己附帶的格式S3C，也可以生成其他格式如OSGB、OBJ等格式。

2 三維模型精度分析

根據(jù)GB/T 15967-2008《1∶500 1∶1000 1∶2000 地形圖航空攝影測量數(shù)字化測圖規(guī)范》要求進行精度分析。首先在三維數(shù)字地表模型采集檢查點的平面及高程，然后與實地采集檢查點的平面坐標與高程進行比較，計算平面誤差Δs及高程誤差Δh。根據(jù)各檢查點模型采集與實地測量的平面及高程誤差計算各檢查點的平面中誤差Ms為0.048m及高程中誤差Mh為0.104m。

根據(jù)GB/T 15967-2008《1∶500 1∶1000 1∶2000 地形圖航空攝影測量數(shù)字化測圖規(guī)范》要求，1∶500數(shù)字化測圖地物點點位中誤差不大于0.3m（圖上0.6mm）；高程中誤差參照規(guī)范規(guī)定的0.5m等高距平地注記點要求，注記點高程中誤差要求不大于0.2m。從模型對比結(jié)果可以看出，潼關(guān)模型檢查點平面中誤差及高程中誤差均小于規(guī)范規(guī)定。endprint

通過誤差分析，利用傾斜攝影測量技術(shù)建設的三維模型，在做好像控點的情況下，模型精度可以達到規(guī)范規(guī)定的數(shù)字化測圖精度要求。

影像模型精度的因素很多，如空中飛行姿態(tài)改正、相機像素及飛行高度等。本次因飛行區(qū)域無高大建筑，水文站房區(qū)域航高為120m，河道及右岸航高為200m，模型檢測精度按照1∶500測圖要求進行，但考慮到利用模型生產(chǎn)數(shù)字線劃圖會有精度損失，在實際進行數(shù)字化成圖時比例尺應按1∶1000為宜。如果生產(chǎn)1∶500數(shù)字線劃圖，在相機像素不變的情況下，飛行高度應低于120m。

3 傾斜攝影測量技術(shù)優(yōu)勢

（1）傾斜攝影測量模型建設實現(xiàn)了室內(nèi)自動化作業(yè)，不僅減輕了測繪人員的外業(yè)工作量，同時也簡化了航測內(nèi)業(yè)作業(yè)程序，模型建設完成后，內(nèi)業(yè)人員可以在三維模型直接采集地形地物要素，根據(jù)需要進一步獲取多元化的測繪成果，如DEM、DOM、DLG等，大大提高了勞動效率。

（2）通過配套軟件的應用，可直接基于三維模型進行包括高度、長度、面積、角度、坡度等的量測，為水利工程規(guī)劃設計及概預算提供了便利。

（3）傾斜攝影測量建立的三維模型能讓用戶從多個角度觀察地物，實現(xiàn)了所見即所得，更加真實地反映地物的實際情況，極大地彌補了基于正射影像應用的不足，在應急防汛及監(jiān)測時利于領(lǐng)導層做出正確的決策。

4 結(jié) 語

傾斜攝影技術(shù)的誕生徹底顛覆了傳統(tǒng)測繪的作業(yè)模式，不僅使獲取信息數(shù)據(jù)采集的作業(yè)手段簡便易行，而且生成數(shù)字地表模型（DSM）得以快速實現(xiàn)。目前傾斜攝影測量技術(shù)還處于初級階段，隨著該項技術(shù)的不斷成熟，今后圍繞該項技術(shù)生產(chǎn)的實景三維模型的應用將成為主流，研究傾斜攝影在水利行業(yè)的應用將具有重要意義。

主要參考文獻

[1]田野， 向宇， 高峰，等. 利用Pictometry傾斜攝影技術(shù)進行全自動快速三維實景城市生產(chǎn)——以常州市三維實景城市生產(chǎn)為例[J]. 測繪通報， 2013（2）：59-62.

[2]李瑩， 林宗堅， 蘇國中. 多視影像的城市實景三維生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)[J]. 遙感信息，2017，32（1）：35-39.

[3]李鎮(zhèn)洲， 張學之. 基于傾斜攝影測量技術(shù)快速建立城市3維模型研究[J]. 測繪與空間地理信息， 2012， 35（4）：117-119.

[4]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會. GB/T 15967-2008 《1∶500 1∶1000 1∶2000 地形圖航空攝影測量數(shù)字化測圖規(guī)范》[S]. 北京：中國標準出版社，2008.endprint