山东正元航空遥感技术有限公司 山东省济南市 250101
摘要：随着科学技术的发展，航测技术日新月异，基于外业人海战术的测绘行业一去不复返，通过技术手段将大量的外业工作转到室内，已成为测绘行业的发展趋势。本文以某市1:2000地形图更新及数据入库项目为例，结合实践经验，对主要工作技术流程进行介绍，并将作业经验分享给同行，希望这些总结和建议能给同行一定的提示和帮助。
关键词：倾斜航空摄影；地形图更新； Smart3D；实景三维模型
1 引言
当今城市的发展正在从数字城市向智慧城市迈进，近几年，随着计算机技术和遥感影像获取技术的发展，基于机载倾斜摄影技术的实景三维建模技术应运而生，该技术具有获取数据真实、精度高、速度快的特点和优势，可以真实映射我们所处的世界三维环境，因此，与此相关的技术得到很大发展。
倾斜摄影技术，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器（目前常用的是五镜头相机），同时从垂直、倾斜等不同角度采集影像，获取地面物体更为完整准确的信息。垂直地面角度拍摄获取的是垂直向下的一组影像，称为正片，镜头朝向与地面成一定夹角拍摄获取的四组影像分别指向东南西北，称为斜片。
实景三维模型是指采用计算机技术，以地理空间框架为基准，融合影像技术、计算机视觉技术、三维模型技术等，真实地还原建筑、道路、绿地、山地等基本要素单元，模拟出一个真实场景，该场景中各类单元如房屋、道路等具有准确的空间地理坐标，建筑物具有真实三维模型和纹理信息。
2 研究背景与目的
地图需要不断更新的根本原因：一是由于人文地理景观的急剧变化，居民点、道路网、农田水利设施、油田矿山开发等发展很快；二是由于自然环境的变迁，在水旱、地震灾害频繁的地区、河道变迁、湖泊消长、海岸进退迅速的地段，几乎每年都有明显的变化；三是由于科学技术的进步，人类对于局部地区或特定要素的认识，也在不断加深，地图的更新是各国地图学界关注的问题之一。
地形图的更新方法称为修测或修编。20世纪80年代,由于航空航天遥感资料的应用和计算机辅助地图制图技术的结合，地图更新问题得到根本解决。将地形图或专题地图以数字方式存储在计算机内，形成地图数据库；利用不同地面分辨率的影象，对人文和自然地理景观进行动态监测，随时与计算机内存储的地图信息进行复合和叠加，在屏幕上检查是否有需要修测的部分，必要修改数据。这种方法避免了重复劳动，能经常保障地图的现势性，成图速度快，并能在大范围内同步更新。然而事实上我国工作人员对数据的处理能力还达不到要求，如何理解和利用已有的数据，并能及时不断的获得新的数据内容，成为了我国在地形图发展进程中的最大难题。
基于倾斜航空摄影的实景三维模型的真实性、多角度可视性和EPS（清华山维软件）在一定程度上解决了工作人员对数据的处理能力低的难题。
3 使用软件介绍
ContextCapture（Smart3D）行业里主流的实景建模软件。它由Bently公司研发，是一套无需人工干预，通过影像自动生成高分辨率的三维模型的软件解决方案。
EPS点云数据处理系统依据自主研发的算法实现点云数据的空间三维真实效果显示以及三维视图下的矢量化采集功能、分析功能和数据入库。系统基于EPS地理信息工作站平台开发，支持多种点云数据格式，并支持海量点云数据。系统提供了灵活多样的编辑工具，使矢量采集工作更便捷，更高效；提供点云自动生成等高线的功能，可根据点云数据自动化生成等高线。
4 作业方法及步骤
由微软UCOP相机进行倾斜摄影和EPS数字测图模块可以共同完成航空摄影内业空间数据的采集与成图。其中EPS的数字测图模块成图需要得到s3c格式的三维实景模型数据，并通过EPS软件进行采集及编辑。
（1）空三加密
利用建模软件Smart3D将影像建模，这些影像导入到建模软件中，通过计算机图形计算，结合pos信息空三处理，生成点云，点云构成格网，格网结合照片生成赋有纹理的三维模型。区域整体三维建模方法生产路线图：
（2）照片导入
通过ContextCapture Center Master软件中Photo菜单加载影像文件导入选择的照片或文件夹全部照片，设置传感器大小和焦距等参数。
（3）像控点输入
在Control points菜单编辑控制点，在控制点的编辑过程中，先选择成果所需的空间参考，如果所需空间参考系在空间参考库中无法找到，可以自定义空间参考系。输入控制点信息，并在每个控制点下添加对应的影像（每个相机的影像至少一张）并标志控制点所在具体位置，保存控制点信息。
（4）自动化空三加密
在ContextCapture Center自动建模系统中加载摄区影像，人工给定一定数量的控制点，软件采用光束法区域网整体平差，以一张像片组成的一束光线作为一个平差单元，以中心投影的共线方程作为平差单元的基础方程，通过各光线束在空间的旋转和平移，使模型之间的公共光线实现最佳交会，将整体区域最佳地加入到控制点坐标系中，从而恢复地物间的空间位置关系。
（5）影像密集匹配
密集匹配技术：系统根据高精度的影像匹配算法，自动匹配出所有影像中的同名点，并从影像中抽取更多的特征点构成密集点云，从而更精确地表达地物的细节。
地物越复杂，建筑物越密集的地方，点密集程度越高；反之，则相对稀疏。
（6）纹理映射
利用影像密集匹配的结果，由空三建立的影像之间的三角关系构成三角TIN，再由三角TIN构成白模，软件从影像中计算对应的纹理，并自动将纹理映射到对应的白模上，最终形成真实三维场景。
（7）3D Mesh Model输出
利用软件输出制作当地独立坐标系下的obj、OSGB格式三维成果。使用Smart3D生成的空三成果建立解决方案，Bundle输出配置解决方案，将Bundle文件导入DPModeler，系统自动生成解决方案，Smart3D生成的OSGB需要转换为OSG。
5 倾斜摄影三维测图
（1）数据准备
EPS测量软件系统的测图环境为3D环境，然而现在的地形图主要是2D环境，为此要地形图的所有点、线、面数据赋予高程值，最后把其输出为3D图形文件的形式。首先对空三加密成果生成的DSM文件进行编辑及过滤，生成DEM数据，然后利用EPS脚本对地形图底图（除高程点及等高线外）的地物进行高程赋值，作为倾斜摄影矢量更新采集的作业底图。
（2）倾斜摄影矢量采集流程
数据判绘采集时应保持原始记录的完整性、正确性，不应断缺、遗漏、移位。
数据判绘采集区域按分区模型进行，一般情况下采集区域不得超过像片上加密控制点连线外1cm，且离像片边缘一般不小于1.5cm（因摄影造成的相对漏洞和重叠不够的部分例外）。地物、地貌的判绘采集应符合下列规定:地物、地貌元素应根据立体模型仔细辨认和测绘，不得错漏、移位和变形。描绘房屋和街区轮廓时，应以测标中心测准房屋或轮廓拐角，然后再打点连线。各种道路、管线、沟堤等应跟迹描绘，走向明确，衔接合理。用符号表示的地物，其定位点或定位线应描绘准确。具体流程如下图所示：
（3）数据转换
利用瓦片数据和 metsdata.xml 文件生成 dsm 地面高程模型。
生成的 DSM 文件位于原数据 data 文件夹目录内。
（4）加载影像
加载 DSM 垂直摄影模型（位于原数据 data 文件夹目录下）。
（5）窗口设置
倾斜摄影数据采集一般开启 2 个窗口：“二维”、“三维”窗口。
（6）生产采集
采集窗口：支持“二维”“三维”场景联动，同放大、缩小。
由于原来的垂直摄影测量看不到房屋侧面，房屋一般二维测房顶，三维取高程，也可在三维下画，同时二维也可联动绘制，哪边影像清楚，哪边可绘制。
6 地形图制作
数据判绘采集系统采用EPS地理信息工作站，调用空三加密成果或野外像控点联测等数据文件，进行数据采集。
测绘1：2000 DLG是地形图制作的重要工作内容。根据地形地理特征和航摄相片的实际情况，采取以航测法为主、野外为辅的综合手段完成测绘工作。
具备条件的测区均采用全数字航测法成图。测绘地形图主要工作包括：内业测绘地物、地貌、高程及初编、外业调绘、地物补测、铺装路面的高程测绘及检测、全面的内业编辑与检查等。
其他如树木或云影遮盖处、航摄漏洞处、实地发生变化处、及其它不具备航测成图条件的测区，可采用全站仪或RTK以全野外方法实测。
7 数据入库流程
因为EPS地理信息工作站的的模板控制技术，项目初期已经定制好了入库规则，采集完成后进行数据检查即可。
EPS平台在建立一个数据工程时，需要以一个准备好的“技术规则”作为依据，以使数据全面规范化。这个技术规则我们称为“模板”。模板是一个Access数据库，内容包括地理数据结构表定义、数据分层分色方案、编码体系及符号化描述定义、系统环境用户化设置以及用户扩展属性表定义。模板不但是数据标准化的有力保证，同时体现了生产与技术标准自动严密结合的先进理念以及与其他GIS平台实现数据交换的信息映射机制。
EPS数据监理，GIS数据的质量直接影响到GIS建库及其应用分析的质量与水平。GIS的数据生产对于数据质量的把控除了“二级检查、一级验收”之外，在生产开始之后的各个环节质检都需要随时介入。EPS平台包含生产质检模块，内置涵盖数据标准、空间关系、拓扑关系、扩展属性等几十种质检模型和修复模型，可以检查许多数据的隐式问题，并提供错误定位快速修改。
由于最终的电子数据需要进入地形图数据库管理系统，电子数据的质量必须满足入库的要求。因此必须对空间数据进行整理，包括数据预处理、拓扑错误检查与修改，数据转换等工序。
8 总结
航测内业工作实际上是一项比较辛苦的工作，从搜集资料，到各个地方采集数据内容再通过软件测绘，数据采集入库，坐标系转换以及多次重复测试才能得到成果。工作的难度性和枯燥程度都不低。故此，笔者对航测内业修测方法及入库流程进行一些总结，在查阅大量资料之后，总结性的写下这篇文章，希望能给同行一些提示与帮助。
参考文献
[1]郭林凯.基于“倾斜+Li DAＲ+车载”的实景三维建模实现. 城市勘测（2017年2月第1期）.
论文作者:黄凤
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第9期
论文发表时间:2018/8/24
标签：数据论文; 地形图论文; 影像论文; 地物论文; 模型论文; 高程论文; 技术论文; 《建筑学研究前沿》2018年第9期论文;