王丙涛;王继
【摘 要】为了检测分析倾斜摄影三维建模成果的精度与质量水平,在总结了三维建模技术流程的基础上,依据CH/T 9015-2012《三维城市基础地理信息模型产品规范》对三维模型表达、产品类级等技术指标进行检测和分析,高程精度检测主要采用全站仪极坐标法对建筑物高度进行套合检测,平面精度和地形精度则使用GPS RTK接收机动态观测法进行套合检测,检查认为丹阳市三维场景制作成果达到二级三维模型景观的要求,从而在一定程度上为倾斜摄影三维建模技术规范和模型数据标准提供了参考与借鉴.%In order to detect and analyze the accuracy and quality level of 3 D city modeling in Danyang using ob-lique photogrammetric technology,after summarizing the technical process of 3D modeling,a comprehensive accuracy as-sessment and analysis of the three-dimensional modeling results was made with a reference of the specifications coded CH/T 9015-2012 for the digital products of three-dimensional model on geographic information,elevation accuracy de-tection was made mainly using the polar coordinate method of total station,planar and terrain precision was detected using GPS-TRK receiver,thus providing an important reference of specification and model data standard for 3D modeling of ob-lique photogrammetry in the construction of digital cities.
【期刊名称】《城市勘测》
【年(卷),期】2015(000)005
【总页数】4页(P80-82,85)
【关键词】倾斜摄影测量;城市三维建模;数字城市;模型产品规范
【作 者】王丙涛;王继
【作者单位】江苏省测绘工程院,江苏 南京 210013;江苏省测绘工程院,江苏 南京 210013
【正文语种】中 文
【中图分类】P231
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随着我国城市化进程的快速推进,精细化的城市三维模型作为城市规划、建设、管理和信息化的基础数据,得到了日益广泛的应用并逐渐成为数字城市地理空间框架的重要内容。目前,大范围的城市三维模型生产主要依靠摄影测量的手段进行生产。然而,传统的航空和卫星遥感手段主要针对城市建筑物顶部进行模型重建,而对地物侧面的三维重建一直缺少有效的解决方法。倾斜摄影技术是国际测绘遥感领域近年发展起来的一项高新技术,通过在同一飞行平台上搭载多台传感器,同时从垂直、倾斜等不同的角度采集影像,获取地面物体更为完整准确的信息[1,2]。应用倾斜摄影技术,结合合理的倾斜影像测量方法,可以有效解决这一难题,从而在城市三维模型生产上走出一条全新的路径。
为了探索和研究基于倾斜摄影测量的三维建模技术在数字城市中的应用,江苏省测绘地理信息局联合丹阳市国土管理部门对丹阳市建成区约120 km2的范围进行了三维数字城市模型的生产,航摄仪选用上海航遥信息技术有限公司的AMC580多视角航空照相机系统,从航空摄影到城市三维大场景的构建完成,仅花费了三个月左右的时间[3]。该项目的实施相较于常规三维数字城市模型的生产,在效率上有了极大的提高。但是,模型的质量和精度水平才最终决定该成果是否为合格的产品并满足项目要求,因此,为确定此次模型成果的质量,本文依据CH/ T 9015-2012《三维城市基础地理信息模型产品规范》[4],对三维模型表达、产品类级等技
术指标进行检测和评定,并在此基础上进行分析,从而为倾斜摄影三维建模产品的生产和利用提供参考和借鉴。
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2．1 航摄概况
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本项目实施区域为丹阳市,地处长江下游南岸,江苏省南部,隶属于江苏省镇江市。施测范围涵盖丹阳市主要城区及周边,建筑物密集,能够反映丹阳市的主要社会经济发展面貌。项目设计实施区域约为88 km2,实际航摄及建模区域面积约为120 km2。具体航摄范围如图1所示。本项目倾斜航空摄影由上海航遥信息技术有限公司承担,航摄比例尺为1∶13 500,航线布设为东西方向。像片航向重叠度大于72%,旁向重叠度大于80%。本次摄影获取了3 540个有效曝光时刻,5个镜头总计17 700片有效航空影像,其中垂直镜头地面分辨率为0．08 m。
三极管自锁电路本次航摄任务使用AMC580多视角航空照相机系统,AMC580多视角航空照相机系统是上海航遥信息技术有限公司自主研发的多视角数码航空照相机系统,该系统集成了5台8 000万像素的大幅面量测型专业航空相机,包括1台垂直和4台倾斜照相机。AMC580多视角数码航摄仪集成了Applanix公司的POS AV510系统。通过该系统可以对垂直镜头和4个倾斜镜头的
影像进行快速直接定向,并结合其配套后处理软件POSpac MMS 6．2软件进行后处理解算,直接获取每个镜头影像的外方位元素。
矫眼镜2．2 空中三角测量
倾斜航空摄影测量由于摄影倾角大,影像变形严重;分辨率变化大,尺度无法统一;重叠数多,需要多视处理等特点,使其空中三角测量异于常规数码航空摄影测量方式。本项目的空三处理使用的是Acute3D公司的Smart3D Capture(简称S3C)软件来实施。其AT模块采用光束法局域网平差空中三角测量,支持垂直影像和倾斜影像同时导入参与空三计算。系统也支持将已有空三解算成果导入以供模型生产使用。
2．3 三维模型生产单向离合器轴承
本项目Mesh三维建模流程仍然使用S3C软件来实施。生产工序包括:模型预处理、模型编辑、模型后处理等3个子流程。S3C软件无需人工干预便可运算生成基于倾斜摄影真实影像的超高密度点云,并以此生成基于真实影像的高分辨率实景真三维模型。由于模型生成的自动化,难免会存在模型匹配错误、瑕疵、漏洞等,其后通过人工干预的方式修正这些模型错误,
最后将这些修正后的模型进行纹理映射,生产出最终符合要求的Mesh三维模型数据。Mesh三维建模数据生产技术流程如图2所示。
3．1 检测工作概况
三维建模数据生产完成之后,为检查成果的产品精度和质量,项目组随即安排了相关的精度检测和评价工作。三维建模数据主要检查三维建模数据的完整性、位置精度、表现精度、属性精度、现势性和逻辑一致性等。检查方法主要是:(1)采用人机交互检查,在软件系统环境下,将要检查的数据可视化,以图形、图像、文件等形式显示在计算机的屏幕上,通过人工判断其完整性、模型纹理的协调性、场景表现效果、属性的准确性与完整性、数据存储格式和空间位置的一致性等。(2)通过外业实地抽样巡查的方法,检查模型要素的完整性,检查模型精细度和纹理的准确性、协调性,检查场景效果的符合性、现势性;使用全站仪极坐标法对建筑物高度进行套合检测,检查模型高度精度的准确性;使用同精度地形图比较的方法和GPS RTK接收机动态观测法进行套合检测,检查模型平面和地形精度的准确性。
3．2 精度统计与质量综述
在控制网野外像控点布设上考虑到本次航摄对于垂直像片,在航向重叠度大于72%,旁向重叠度大于80%,像片的重叠度大,且除垂直影像外,还有数量众多的倾斜影像参与空三,采用了:航线在旁向跨度为4条航线,航向跨度不超过24条基线布设一个平高控制点,考虑到高程精度的控制,在该控制点网的布设基础上,在网间旁向16条航线,航向12条基线加密布设平高点的布设方式。共计转刺外业平高控制点101个,空三处理后共有2 564 144个像对,平均每张像片上提取39 262个特征点,平均每张像片有298个连接点,投影中误差为0．469 652个像素,平差解算精度约合平面中误差:0．038 m(像素中误差∗像素大小),满足1∶1 000平面测图精度要求。
三维模型数据生产是空三解算的后续流程,生产软件仍然采用S3C,按照测绘产品检查验收规定,依据CH/ T 9015-2012《三维城市基础地理信息模型产品规范》[4],对三维模型的几何精度等进行了抽样检测。检测情况如下:
(1)位置精度统计
①平面精度:共检测了14个区域,共654个点,平面中误差在0．27 m～0．47 m之间,小于0．5 m,达Ⅱ级。
②高度精度:共检测了10个区域,共672个点,高度中误差在0．15 m～0．38 m之间,小于0．5 m,达Ⅰ级。
③地形精度:共检测了17个区域,共1 184个点,高程中误差在0．28 m～0．63 m之间,大于0．37 m小于0．75 m,达Ⅲ级。
(2)质量综述①影像地面分辨率为0．08 m,影像精度为Ⅱ级。②地形模型:反映地形起伏特征和地表影像,检测精度优于0．75 m,达Ⅲ级要求。
③建筑要素模型:主要对房屋建筑顶部和楼体采用主体建模表现,及基本轮廓和外结构进行几何建模表现,外立面采用能基本反映地物调、细节特征结构的影像,屋檐、开放阳台、下穿结构、门廊、女儿墙等突出物和重点装饰表现不完整,一般用贴图表示。(Ⅲ级);
④植被要素模型:对带状绿化树、绿化林地、苗圃等采用主体建模表现,及采用多面片的方式表现,外立面采用能基本反映树木调和特征的影像(Ⅱ级);花圃(坛)、草地一般用地形表现(Ⅱ级);护树设施与绿地护栏一般未表现(Ⅲ级)。
⑤交通要素模型:地面道路、路基、桥梁、铁路等用主体建模表现,纹理基本能反映路面材质
和交通标线(Ⅱ级)。
3．3 数据分析
通过以上精度检测和评定我们可以发现:
①利用该工艺流程生产的模型数据在几何精度方面,平面精度完全可以满足1∶1 000比例尺要求,高程精度达不到1∶1 000比例尺要求。
②地形精度相对较低,达不到1∶1 000成图要求,可以通过合理增加像控密度来提高地形精度。相较于常规航空摄影测量,倾斜摄影测量并不能明显改善数据的地形精度水平。
③常规模型因建模数据和纹理数据的获取时相不一致,从而影响了模型的表现效果。而基于倾斜摄影测量的三维建模方式通过多视影像同时获取地面建筑物的顶面和侧面纹理信息,完全是根据影像上的信息进行建模,即“所见即所得”,因此建立的模型场景更贴合实际,因此也叫“实景建模”。与传统技术工艺生产出的模型数据相比,本项目生产出的模型数据,整体性更强,表现上更加贴近真实场景,能增强人的现场感。
