实景三维模型在1：500数字线划图更新测绘中的应用

实景三维模型在1：500数字线划图更新测绘中的应用

廖成

广西壮族自治区自然资源调查监测院    广西南宁市     530023

摘要：随着倾斜摄影测量技术的快速发展，利用高分辨率影像建立的实景三维模型为进行大比例尺数字线划图更新测绘提供新的技术手段。与其它传统测图技术相比，该方法充分发挥倾斜摄影测量技术灵活、快速、高效等优点，简化后续绘图工作，大大降低了外业调绘工作的人工成本。本文以钦州市第三次国土调查1:500数字线划图更新测绘为案例，讲述实景三维模型在1：500数字线划图更新测绘中的应用效果。

关键词：实景三维模型；1：500；数字线划图更新

引言：传统的大比例尺地形图测绘方法普遍存在工作效率低、成图周期长、不能快速测图等突出问题，且主要是通过全野外实地测量的方法进行，这就需要大量的外业工作。随着测绘新技术的飞速发展，倾斜摄影测量技术逐步呈现替代传统实地测量的趋势日益显著。本文针对传统测图方法难以满足快速高效更新大比例尺地形图的实际需求，提出基于倾斜摄影测量技术的实景三维模型应用于更新1:500数字线划图测绘的方法，并描述该方法的具体生产处理流程。不同于其它传统测图手段，该方法是采用低空航摄系统获取多视角数码影像，通过实景三维建模专业软件自动生成超高密度地物点云和高分辨率实景三维模型，具备精确的地理信息和丰富的可量测性，然后在此地理空间参照基础上，经过专业测图软件进行识别地物轮廓范围和属性类别等，完成数字线划图绘制工作。本文通过对钦州市实景三维模型数据获取与处理，并用于采集数字线划图更新工作，对该方法进行验证分析，结果表明，该方法绘制的大比例尺数字线划图精度满足规范要求，成图效率大大提高。

一、项目基本情况

钦州市第三次国土调查1:500数字线划图更新测绘项目，旨在通过开展钦州市主城区和部分建制镇内约196 平方千米范围的1:500数字线划图更新测绘工作，获取钦州市主城区和部分建制镇的精度高、时效强的基础测绘数据，确保测量结果的可靠性，提升地籍测绘整体效率，为钦州市第三次国土调查城镇内部土地利用现状调查工作提供基础地理信息数据支撑。

二、实景三维数据获取与处理

钦州市第三次国土调查1:500数字线划图更新测绘项目，采用倾斜摄影方式获取了钦州市主城区及部分建制镇的倾斜影像数据，分别由空客H125直升机平台搭载四维远见SWDC-Max6倾斜摄影航摄仪完成，获取影像分辨率为2cm；由轻小型无人机搭载五镜头数码相机完成，获取影像分辨率优于2cm。选用实景三维建模专业软件Context Capture对影像数据进行三维建模处理，获得任务区域的实景三维模型成果和真正射影像图（TDOM），由此识别地物轮廓范围和类别信息完成采集工作，进行1∶500数字线划图更新测绘作业。生产处理流程大致概括为：前期准备工作、航摄数据获取、三维模型生产、数字线划图采集、外业修补测调绘、成果检查验收与汇交等关键技术环节，严格按照项目设计要求进行质量控制管理，每一生产环节在通过质量检验后方可进行至下一环节。

1、前期准备

收集测区已有资料，组织生产作业人员进行学习和培训，掌握作业方法和技术要求，开展作业区域空域申请。

2、航摄数据获取

根据测区范围及实际情况划分航摄区域，开展摄区踏勘，开展直升机和无人机航摄作业，获取影像分辨率优于2cm。采用机载倾斜航空摄影记录仪，应具备至少5个方向定向镜头；直升机机载航摄仪应不小于中画幅，每镜头像素数不低于1亿像素；无人机机载航摄仪不得小于APS画幅，每镜头像素数不低于2400素；POS系统、GNSS接收机满足相关规范要求。

为确保实景三维模型的可靠性，应合理控制航拍的实际高度，在强调航拍效率的前提下，还应重视航拍摄影仪器的性能，以及1：500比例尺时不同高度的分辨率差异，以免影响实景三维模型中地籍空间信息的实际精度。

对于获取的单片影像要求呈现画质清晰、无重影虚影；颜色饱和，层次丰富，对比度适中，色调柔和且一致。根据获取单片影像的实际情况，考虑是否在空中三角测量前对影像进行必要的匀光匀色等像片预处理。

航空摄影作业流程如下图1。

图1 航空摄影作业流程

3、像控测量

结合航摄成像数据情况进行分析，开展像片控制点分布设计及测量工作。根据技术设计要求，结合航摄像片，点位分布均匀合理，利用广西CORS在点位上架设三脚架进行测量，同时拍摄相应实地照片。外业测量的椭球高采用广西似大地水准面进行精化，获得1985国家高程基准成果，测量成果参照技术设计要求整理。

完成像片控制点分布设计后，测区范围内平均每平方千米应确保不少于11个像控点和1个检查点。对于部分面积较小且地形地物复杂的区域，为保证达到精度要求，可适当合理增加像片控制点数量。像控点相对于附近各级控制点的平面位置中误差要求控制在5cm以内，且不超过2倍中误差的最大限差；高程中误差要求控制在8cm以内，且不超过2倍中误差的最大限差。

4、实景三维建模生产

实景三维建模主要是利用倾斜摄影像片及相关参数和野外实地量测的像片控制点数据，进行空中三角测量计算、高密度点云提取、三维重建、模型修饰、模型输出等生产流程。项目选用实景三维建模专业软件Context Capture作为数据处理平台，经过高度自动化数据处理，获得实景三维模型数据和真正射影像图（TDOM）数据。实景三维建模生产流程如图2。

图2 实景三维模型生产流程图

倾斜摄影测量空中三角测量计算的目的是自动计算每一台相机的属性信息及每一张像片的位置信息和角元素信息，从而准确地获取每一个输入照片组（每台相机获得的像片组成一个单独的照片组）的属性信息及每一张像片的姿态信息，用于执行三维重建任务。项目采用Smart3D Capture软件对航摄数据进行区域网联合平差及空三加密处理，空三质量报告结果显示各项指标及定向精度满足设计要求。

将完成空中三角测量计算的加密成果导入Context Capture软件进行三维模型重构。该软件作为革命性的全自动三维建模软件，构建模型精度高，采取分块构建计算，根据空三计算出的影像外方位元素，自动选择不同视角上的最优像对模型，通过密集匹配生成超高密度点云。基于点云数据自动构建不规则三角网（TIN）模型，获取最佳视角的影像纹理自动映射赋予模型，输出*.osgb格式的三维模型成果。模型整体场景自然完整，贴图纹理颜色真实自然，不存在明显色差或不符合自然地物的颜色，各瓦片（Tile）之间模型贴图尽量保持色调均匀，反差适中。

三、实景三维模型在1:500数字线划图更新测绘中的应用

1、构建实景三维地理场景

在进行1：500数字线划图更新工作时，高分辨率的具有真实影像纹理的三维地理场景是构建实景三维模型的前提基础。精确可靠的建立实景三维模型，真实的还原该区域的空间特征，实现地籍信息的立体化管理，为实景三维地理场景的搭建夯实数据基础。高精度三维立体模型中的特征点和空间信息可以直观呈现出地籍测量中的空间位置关系。相对于传统的1：500地籍测量工作，实景三维模型具有分辨率高、色彩均匀、实景信息立体化等优势，作业人员可利用该模型对线划图更新区域进行多方位、多角度量测，并查看地籍测量属性及信息。

实景三维模型成果如图3所示场景。

图3 实景三维模型场景

2、1：500数字线划图（DLG）采集

钦州市第三次国土调查1:500数字线划图更新测绘项目，选用北京山维科技公司的EPS三维测图专业软件，对基于倾斜摄影测量的实景三维模型成果进行交互式全要素采集。在EPS软件中加载格式为*.osgb的三维模型成果，经过数据转换生成格式为*.dsm的实景表面模型后，直接在此模型的三维测图模式下进行人工采点矢量化，完成地形全要素的采集绘制工作。工作中可采用五点房、采房角、基于墙面、房屋切片等方法进行房屋绘制，同时录入房屋结构、楼层、高度等相关属性信息。采集完成的线划图保留房屋角点，每个点都有空间坐标信息。房屋的扩展属性、图形特征、内部注记等制图表现都是通过动态符号化表示出来的，数据符合制图与信息化要求，同时具有三维白模的空间位置信息。其它地形要素，如道路、高程点、等高线、植被、斜坡等，均可在三维测图模式下进行分析与绘制。同时加载空三去畸变影像来补充三维模型测图的短板，利用多窗口、多视角实时光标联动，相互参考以提高采集的准确性和测图精度。根据内业三维模式下的采集成果，提供外业工作人员进行野外实地调绘和检查，补充和完善数字线划图的EPS立体测图。图4为EPS三维立体测图界面。

图4 EPS立体采集部分成果

结合真正射影像图（TDOM）作为底图参照进行检查，矢量化要素的采集边界与TDOM上明显地物界线的位移偏移不应超过1个像素。对在三维测图模式下的隐蔽地物、无影像地物及内业判断不准或与实地不符的地物地貌，只能通过外业进行实地补调。工作人员使用全站仪、GPS RTK或手持激光测距仪、传统测量工具皮尺等，在现场进行核实修改，重新测定地形要素的平面位置和高程信息。

三维测图软件EPS 绘制的所有地物和注记，对象的表达以要素类型为基础，用不同的要素编码表达，绘制地物需选择相应的编码。作业人员根据《城市测量规范》（CJJ T8-2011）要求进行要素采集，要素表示按照《国家基本比例尺地图图式 第1部分∶1∶500 1∶1000 1∶2000地形图图式》（GB/T 20257.1-2017）要求执行。

在进行1:500数字线划图更新工作期间，作业人员应当坚持“先整体、后局部”的测绘原则，经过全方位、多角度的判断和分析去识别实景三维模型中的地形要素，同时灵活的运用三维测图软件中的自动提取、“以面代点”测量、模型去遮挡等功能获取地形数据，省去了不少类似房檐改正等传统操作，极大的提高了采集的工作效率和测图精度，同时也相应的减少了1：500数字线划图更新中的外业测绘工作量。

四、结语

综上所述，倾斜摄影测量作为新型测绘领域中最新兴热门的先进技术，充分发挥了倾斜摄影测量的影像快速获取、自动化空三及快速建模优势，能够在较短时间内加工并输出高质量、高精度的三维模型成果，并以此作为基础数据进行1:500数字线划图更新测绘工作，技术路线可行，产品精度满足地籍测量界址点精度相关标准和规范的要求，在生产效率上显现出强大的优势。将传统的野外测绘测图工作转变成外业航飞+内业采集的工作模式，可以大大降低野外作业人员的工作强度，进而提高整体工作效率。该方法也可延伸应用于农村土地确权、不动产登记测绘等地籍管理领域。

但是为确保实景三维模型在1：500地形图测量中的实践效果，还应重视基础地形数据的采集与分析，同时灵活的运用无人机航摄技术、倾斜摄影测量技术，快速对不同区域的地籍信息进行测量，更高效的获取各地区的地形要素，满足新时期1：500地形图测量的基本要求，提升我国地籍管理的整体水平。

参考文献：

[1]柳翠明,张永毅.无人机三维实景模型在1:500地形图测绘中的应用及精度分析[J].地矿测绘,2020(01):59-60.

[2]王炜杰,李莉.基于倾斜三维模型的1:500地形图测绘[J].北京测绘,2020(08):26-27.

[3]刘伟,翟斌斌,刘燃等.无人机倾斜航空摄影在三维实景建模中的应用[J].地理空间信息,2020(01):2-7.

[4]王英谋.应用无人机倾斜摄影三维建模的房地一体确权研究[J].资源导刊,2021(01):3-5.

[5]张文安,苗小利.基于多视前方交会实景三维模型测图精度分析[J].矿山测量,2020(05):5-6.