李新寧 權(quán)君娟

（寶雞西北有色七一七總隊有限公司 寶雞 721015）

1 引言

傾斜攝影測量能夠?qū)崟r快速獲取地面地物的位置、正側(cè)面紋理等諸多信息，通過GPS測量和后期軟件的處理，可以生產(chǎn)出真實紋理的高精度地物三維模型，為BIM、城市三維模型重建、測圖等提供了現(xiàn)實三維基礎(chǔ)，因此在規(guī)劃、國土、交通、電力等多個部門得到廣泛的應(yīng)用。為了推動傾斜攝影測量技術(shù)的發(fā)展，不少軟硬件廠家都提出了自己的解決方案，如中海達(dá)的iFly D6 六旋翼無人機(jī)+iCam Q5 五鏡頭相機(jī)、南方測繪公司的天行HO1300 八旋翼無人機(jī)+T51五鏡頭相機(jī)、武漢點云科技有限公司的SkyPhoto全套內(nèi)業(yè)處理軟件、Bentley 旗下的Smart3D 系列軟件。

本文主要探討傾斜攝影測量內(nèi)業(yè)處理的前期工作，運(yùn)用常用的專業(yè)軟件Smart3D對某一研究區(qū)域進(jìn)行空三解算和模型生產(chǎn)，介紹其中的工作流程、生產(chǎn)效率、精度檢測等。

2 背景

為了試驗傾斜攝影測量技術(shù)在1:500 地形圖測繪的可行性，選取了建筑密度約30%、正射像片主點所覆蓋面積約0.2 平方公里的某一村莊進(jìn)行試驗。外業(yè)航拍采用多旋翼無人機(jī)+五鏡頭相機(jī)；設(shè)計像片的地面分辨率為3厘米，航向重疊度和旁向重疊度均為75%。航拍和測量結(jié)束后統(tǒng)計：每個鏡頭的像片數(shù)是227張，共1135張，每張像片的像素約2千萬，外業(yè)布測了8個像控點。

空三解算和模型生產(chǎn)對計算機(jī)的要求很高，軟件的安裝和試驗工程數(shù)據(jù)均在固態(tài)硬盤上。試驗采用的計算機(jī)，其主要配置如下表：

Smart3D 是一款基于圖形運(yùn)算單元（GPU）的快速三維場景運(yùn)算軟件[1]，具有處理精度高、紋理真實、自動化程度高、輸出格式多樣化等優(yōu)點。Smart3D系列軟件包括Master（主控臺）、Setting（設(shè)置）、Engine（引擎）、Viewer（瀏覽）、Editor（修模）等。Bentley 公司將其收購后不斷更新版本，本文使用的版本是4.4.6.845中文版。

3 項目設(shè)置

（1）像片處理

外業(yè)像片是由一個正射鏡頭和四個傾斜鏡頭拍攝出來，不同鏡頭的相機(jī)參數(shù)會有所不同，因此按鏡頭將像片放置在五個不同的文件夾中，不同鏡頭的像片名稱其前綴盡量保持不同，可以采用ACDSee等軟件進(jìn)行批量重命名。如果天氣忽明忽暗等原因引起像片色調(diào)差異偏大，則需采用易拼圖等專業(yè)軟件進(jìn)行勻光勻色處理。

（2）創(chuàng)建工程及設(shè)置

打開主控臺Master，創(chuàng)建新工程，工程名稱不能為中文，確定好名稱和路徑后進(jìn)入主界面。

“影像”節(jié)點下添加整個目錄，將五個鏡頭的像片添加到五個不同的影像組，正射照片所在的影像組建議排在第一位，方便初次刺入像控點。添加完成后軟件自動根據(jù)像片的EXIF 識別出每個影像組的相機(jī)信息。

4 刺像控點與空三解算

該實驗有8個像控點，均勻分布在測區(qū)范圍內(nèi)的平坦位置上，每個像控點對應(yīng)的正射和傾斜像片達(dá)幾十張，如果每個像控點人工從1135 張像片找出對應(yīng)的幾十張并刺入相應(yīng)位置，是極其耗時且容易出錯。因此該步驟主要方式為：初次刺入三四個像控點對應(yīng)的正射照片位置，空三解算后預(yù)測出所有像控點所在像片的坐標(biāo)，然后根據(jù)預(yù)測坐標(biāo)將所有像控點刺入相應(yīng)位置，最后再次空三解算[2]。

（1）初次刺點與空三

在主界面的“Surveys”節(jié)點下，點擊“編輯控制點”，軟件自動彈出“控制點編輯器”窗口，導(dǎo)入像控點坐標(biāo)文件，并設(shè)定好空間參考系統(tǒng)，選擇容易判讀的三個像控點，在正射像片上刺入。檢查無誤后保存并退出控制點編輯器，返回主界面中提交空中三角測量，里面的“定位/地理參考”選項中選擇“使用控制點進(jìn)行平差”，其余默認(rèn)設(shè)置，開啟引擎Engine，計算機(jī)則自動運(yùn)行空三解算。

測繪行業(yè)中像控點坐標(biāo)常采用高斯投影坐標(biāo)系或地方坐標(biāo)系，Smart3D導(dǎo)入像控點后一定要選擇空間參考系統(tǒng)，如果是地方坐標(biāo)系則要輸入橢球參數(shù)、中央子午線、橫坐標(biāo)偏移量等。不能默認(rèn)選擇笛卡爾坐標(biāo)系，否則坐標(biāo)離原點（0,0）越遠(yuǎn)，模型失真程度越高，這現(xiàn)象與Smart3D的算法有關(guān)。

（2）二次刺點與空三

因為初次刺點出來的空三精度是較低的，所以需要刺上所有像控點涉及的正射和傾斜像片，這樣出來的空三精度才很高。打開控制點編輯器，查看初次刺點的三個像控點有無粗差，無粗差后在“顯示影像”選擇“可能是視點”，在控制點列表中點選某一像控點，則軟件將該點涉及正射和傾斜像片的位置全部預(yù)估出來并顯示在影像列表中，逐一選擇影像，以影像上點的清晰程度決定是否刺上該像控點。無誤后再次按默認(rèn)設(shè)置提交空中三角測量。

Smart3D空中三角測量包括影像關(guān)鍵點提取、相對定向、絕對定向、像主點坐標(biāo)計算等?？杖史矫妫琒mart3D 4.4版本比歷史版本提高了不少，該計算機(jī)配置下1135張像片的一次空三解算時間約為半小時。

5 三維模型的生產(chǎn)

傾斜攝影無論是測圖還是三維城市建模等，都是基于可視化三維立體模型上進(jìn)行。Smart3D 在精確的空三解算后能夠輸出OBJ、OSGB、3MX等諸多格式的三維模型。

圖1 三維模型生成中的空間框架設(shè)置

主界面的概要節(jié)點中，點擊“新建重建項目”，因為數(shù)據(jù)量較大不能一次性生成一個整體三維模型，需切塊。在“重建”界面的空間框架節(jié)點中，空間參考系設(shè)為導(dǎo)入像控點時的坐標(biāo)系，切塊模式為“自適應(yīng)切塊”，目標(biāo)RAM 使用量設(shè)置為計算機(jī)的內(nèi)存“64 GB”,軟件根據(jù)設(shè)置自動劃分成幾個瓦片，如圖1 所示。然后轉(zhuǎn)移到“重建”界面的概要節(jié)點，點擊“提交新的生產(chǎn)項目”，目的選擇“三維網(wǎng)絡(luò)”、格式選擇所需的三維模型格式、空間參考系統(tǒng)選擇導(dǎo)入像控點時的坐標(biāo)系，其余默認(rèn)后提交給計算機(jī)。該步驟計算機(jī)自動運(yùn)行，需開啟引擎Engine，是最耗時間的一步，實驗中選擇紋理壓縮為“JPEG質(zhì)量70%”，生成的OSGB模型所需時間約為9小時。

如果還要生成其他格式的三維模型，需再次提交新的生產(chǎn)項目，所耗時間比初次三維模型生產(chǎn)的時間少很多，如實驗中后續(xù)提交的S3C 格式三維模型，生產(chǎn)時間約為1小時。S3C 格式三維模型可以直接在Viewer瀏覽器中查看效果。

因為該實驗是為1:500地形圖服務(wù)的，所以還需生成正射影像，提交新的生產(chǎn)項目后，目的選擇“正射影像/DSM”、采樣距離設(shè)置為0.05 米、正射影像的顏色源選擇“Optimized computation(visible colors)”、不勾選“DSM”。生產(chǎn)正射影像的時間約為1.5小時。

6 精度檢測

為了驗證模型的平面精度和高程精度，在現(xiàn)場采集了34 個球場分界線、水泥地塊分界線等明顯平面地物點坐標(biāo)。然后把模型導(dǎo)入清華山維EPS軟件中測量，將現(xiàn)場坐標(biāo)與軟件測量值對比算出：模型的平面中誤差為0.041米，高程中誤差為0.036米。

地形圖的平面精度檢測主要是通過房角點、圍墻拐點等明顯特征點的誤差計算得出，為此現(xiàn)場采集了28個該特征點。清華山維EPS傾斜三維測圖的作業(yè)方式是通過房屋邊線、圍墻邊線交匯出特征點，將現(xiàn)場特征點的平面坐標(biāo)與EPS 測圖的坐標(biāo)對比，算出地形圖的平面中誤差為0.056米。

7 結(jié)論

通過試驗和精度檢測得出：利用Smart3D進(jìn)行空三解算和三維模型生產(chǎn)，可以為大比例尺測圖、三維城市重建等工作提供了厘米級精度、紋理真實的現(xiàn)實三維實景基礎(chǔ)。這在實踐生產(chǎn)中具有一定的指導(dǎo)意義，為傾斜攝影測量技術(shù)的發(fā)展起到了積極推動的作用。

但是Smart3D 出來的模型還有一些不足之處：（1）大面積水域如魚塘存在空洞現(xiàn)象[3]；（2）茂密植被處難以匹配模型或難以看到地表；（3）對計算機(jī)配置要求很高且模型生產(chǎn)效率較低；（4）報告成果內(nèi)容較為簡單，無像主點坐標(biāo)、連接點坐標(biāo)等信息。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，相信這些不足之處都會得到解決。