摘要：介绍了旋翼无人机倾斜摄影三维建模的技术流程，以某地三维建模的应用实例，依据CH/T 9015-2012《三维城市基础地理信息模型产品规范》对其进行质量分析，对今后倾斜摄影三维建模质量评价提供了参考与借鉴。
关键词：倾斜摄影 三维建模 技术流程 质量分析
一、引言
随着全军数字化营区、数字靶场等三维建模项目的建设与开发，对部队整体建设、规划和信息化管理提供了重要保障。目前，旋翼无人机倾斜摄影自动三维建模是重要的生产手段，相比传统三维建模，在效率上有了很大的提高。然而，对模型的质量如何做出准确评价，是否符合规范要求，还没有形成一套明确的质量分析评价体系。在此背景下，以某数字靶场三维建模项目为基础，依据CH/T 9015-2012《三维城市基础地理信息模型产品规范》，对三维模型产品进行检测评定和质量分析，对旋翼无人机倾斜摄影三维建模质量评价提供参考和依据。
二、项目实例
1.技术流程
收集、分析与整理作业区的资料，利用旋翼无人机获取作业区数字影像，野外控制测量获取像控点成果，使用Smart 3D软件创建工程，进行空中三角测量，生成三维模型等数字化产品，最后进行质量检查与验收。流程见图1。
图1 三维建模技术流程
2.航摄概况
本项目位于某省，测区内建筑物结构复杂，房檐宽大；植被主要为椰树和棕榈树，较为茂密；独立塔架较为高大，以上是本次三维建模的难点。本次实际航摄面积约0.16km2，采用红鹏公司AP5100多视角航空相机系统，一个垂直镜头，四个倾斜镜头，镜头焦距10.4mm，像元尺寸2.4μm，像幅大小2000万像素，航高120米，地面分辨率0.04m，航线布设为东西方向。像片航向重叠度大于80%，旁向重叠度大于80%。有效曝光点163个，5个镜头拍摄有效航空像片815张。
3.空中三角测量
本次空中三角测量采用的是Smart 3D软件的空三模块进行实施，可以对垂直影像和倾斜影像同时进行空三加密，此外还支持不同航摄时期、不同影像分辨率的多源遥感影像同时参与空三加密，也可以将加密后的空三成果导入以供模型生成使用。
4.三维模型生成
Smart 3D软件可以依据空三加密的模型连接点，建立不规则三角形TIN网，并由TIN网生成白模，根据影像计算出对应的纹理，并自动将纹理映射到对应的白模上，形成真三维模型。对模型存在的错误、瑕疵、漏洞等问题，可以通过导入第三方软件进行模型修补。如用Smart 3D导出OBJ格式，然后到3D MAX、ERDAS等软件里编辑修改，利用Photoshop等软件进行细部纹理贴图后，再倒回Smart 3D里重新整合输出，完成真三维模型的纹理编辑。
三、模型质量分析
1．检测方式
三维模型建成后，要完成对模型的精度检测和分析评价工作。三维模型数据的检查包括：数据完整性、细部表现性、位置精度、属性精度、逻辑一致性和现势性等。主要分为内业和外业两种检查方式，内业检查是将待查数据以图形、图像、文件等形式在计算机上展示，通过人机交互，对模型纹理协调性、属性准确性和完整性、场景表现效果、数据存储格式和存储位置等进行检查。外业检查采用随机抽样，检查内容包括模型要素的完整性、模型精细度和纹理准确性、场景效果的现势性、建筑物高度检查、平面精度检查、高程精度检查和地形精度检查等。
2.精度统计
倾斜摄影控制点布设通常按照航向跨度不超过24条基线，旁向跨度不超过4条基线的方式进行布控。根据本次航摄实际情况，在区域四角隅和中心分别布设了控制点。模型共转刺5个外业控制点，空三处理后共有168个像对，平均每张像片上提取特征点28674个，平均每个像对连接点253个，空三计算投影中误差0.356213个像素，平差解算后平面中误差约0.057 m。
依据《规范》，对三维模型的几何精度（平面精度、高程精度和高度精度）进行了抽样检查，检查点分别选取了地面点、屋顶点和建筑拐点等。采用GPS-RTK的方式进行外业实测获取坐标成果，具体情况见表一。
表1 模型精度统计
3．质量评价
（1）影像地面分辨率为米，精度达到Ⅱ级。
（2）DTM：DTM反应地形起伏状况，精度达到Ⅱ级。
（3）DOM：DOM为地表正射影像，精度达到Ⅱ级。
（4）建筑物模型：检查建筑物顶部、楼梯、房檐、基本轮廓等能否表现符合实际地物颜色、几何形状和细节特征等。存在房檐、阳台等突出物细节表现不完整情况。达Ⅲ级标准。
（5）植被要素模型：检查树木、花坛草地等绿色植被的细节表现。树木的整体立面与实际情况有明显拉丝现象，Ⅲ级标准；花坛草地能够较好的反应实际情况，Ⅱ级标准。
（6）独立塔架模型：检查高大、镂空的独立塔架模型的精细化程度。软件直接生成的塔架模型，细节表现有明显的漏洞，局部表现为细节缺失、结构变形等。通过后期修图贴纹理，可以达到Ⅲ级标准。
（7）交通要素模型：对地面主要道路、路基、桥梁等进行模型表现检查，纹理细节能够准确表现路面铺面材料性质、交通标线等细节，达到Ⅱ级标准。
4.质量分析
（1）依照精度统计，通过此方法生产的模型，平面精度可达到1：1000比例尺精度要求，高程精度可以达到1：2000比例尺精度要求。
（2）地形精度相对较低，达不到1：1000比例尺精度要求。我们得出相对常规航空摄影，倾斜摄影并不能有效提高地形精度水平。
（3）相比传统三维建模，通过倾斜摄影三维建模的方式，能够真实表现影像纹理特征和具备较高现势性，增强现场表现力。
5.问题解析
本次建模存在的问题主要表现在：
（1）建筑物房檐较大，导致墙体与屋檐接合处变形严重，纹理失真。主要是因为倾斜摄影时，拍到该区域的影像变形较大，导致影像匹配时，同名像点数目太少，检核条件不充分，匹配效果较差。
（2）球场地面具有较强的反光面，导致自动匹配时软件无法识别，造成球场地面显示错误。
（3）独立塔架等高大地物，建模信息不完整，部分影像缺失。造成上述结果是因为相机分辨率低和计算机影像匹配的辨析能力差。
（4）人工湖有影像纹理色差不均的现象。由于湖面水文波动、水面纹理单一或水面反射强光等，造成计算机识别错误。
四、结论
通过对某数字靶场三维模型的精度检测、质量综述和问题分析等，完善和丰富了倾斜摄影三维建模的质量评价体系。下步将就如何提高倾斜摄影三维建模质量做进一步研究。
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论文作者:孙立军,李小强,仲健民
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第15期
论文发表时间:2018/11/2
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