徠卡RCD30傾斜相機在城市實景三維模型制作中的方法研究及其應用

張 峰，桑奪坤

(1. 遼寧省基礎測繪院，遼寧 錦州 121003； 2. ?？怂箍禍y繪與地理信息系統(青島)有限公司，湖北 武漢 430072)

徠卡RCD30傾斜相機在城市實景三維模型制作中的方法研究及其應用

張 峰1，桑奪坤2

(1. 遼寧省基礎測繪院，遼寧 錦州 121003； 2. ?？怂箍禍y繪與地理信息系統(青島)有限公司，湖北 武漢 430072)

傾斜攝影測量是近年來國內外測繪領域發展起來的高新技術。傾斜航攝儀結合高精度的GNSS IMU獲取傾斜影像及定位定向數據，經過相關的軟件處理，最終可建立地物的三維模型。目前，國內外已經陸續推出了一系列傾斜相機，如RCD30 Oblique、AOS、SWDC5等。另外，相關三維建模軟件也逐漸推出，如Street Factory、Smart 3D、HxMap RealCity等。

本文結合項目數據，闡述了使用徠卡RCD30傾斜相機獲取數據，并利用Street Factory軟件進行實景三維模型構建的方法，以為此類項目提供參考。

1 技術方案

技術流程主要包括2部分：一是傾斜影像的獲取和像控點布設；二是實景三維模型生產。其中，傾斜影像獲取主要包括：航攝方案設計、檢校場選取、航攝儀安裝測試、地面基站布設、項目區及檢校場傾斜影像獲取、數據處理及像控點布設；實景三維模型生產包括數據整理、影像勻光、自動點匹配、空中三角測量及三維建模。

1.1 傾斜影像獲取和像控點布設

1.1.1 測區航攝方案設計

航線一般按平行于測區輪廓長邊的方向而定，航線間距使用DTM輔助，計算重疊度并依此確定航線間距，完成航線的敷設工作。航向重疊度、旁向重疊度≥70%。

根據航攝儀的技術規定，基站位置在測區最遠點50 km以內，可選用測區附近的國家GPS B、C級點或同等級國家控制點，用于解算GNSS IMU數據。

1.1.2 檢校場設計

航攝儀在每次重新安裝時都需要檢校，重新解算視準軸誤差。檢校場質量好壞直接影響視準軸誤差值的精度，進而影響后期數據處理的質量。

1.1.3 航攝數據內業處理

內業流程主要包括：①數據下載和數據檢查；②GNSS IMU數據解算；③檢校場數據解算；④輸出影像的外方位元素。

1.1.4 像控點測量

像片控制點按每平方千米1個點均勻布設，外圍的像控點盡量布設在測區邊緣。不同分區的像控點盡量共用。當測區范圍內有不規則的凹凸區域時，應在凸角處增補控制點。

1.2 實景三維模型構建

1.2.1 資料整理

分析測區建筑物高程、地形、河流等信息，根據航攝信息擬定建模參數和相機參數；根據航片數據量和可用磁盤空間對建模區域進行分區，每個分區航片數控制在10 000張左右；根據分區準備控制點、檢查點，保證接邊區域有足夠的控制點。

1.2.2 影像勻色勻光處理

影像在大范圍內，顏色和色調基本保持一致。直方圖大致成正態分布，紅、綠、藍三通道信息分布均勻。影像紋理清晰，色差適中，無影像信息損失，特征地物點能夠準確識別。

1.2.3 三維模型建模范圍框定和數據導入

根據測區情況，在要求成圖范圍的基礎上，外擴30 m作為生成模型的實際范圍，并導入系統。根據影像POS信息建立工程，將影像數據導入軟件。

1.2.4 提取同名點

根據影像數量進行分區，分區之間的重疊區域默認為100 m，對每個分區進行同名點匹配，并驗證同名點提取密度，如有不足，手動進行添加。

1.2.5 空中三角測量

(1) 子區域網空中三角測量。提高空中三角測量的效率，通過區域網的大小及像控點布設情況，劃分子區域進行子區域網空中三角測量。子區域網的所有視角影像之和一般不超過10 000張，并且對于垂直航線方向重疊的區域網，需要至少重疊一條航線；對子網進行連接點匹配、平差計算、粗差點剔除等操作，直至連接點的像方誤差、數量、分布、重疊度等達到要求。

(2) 測區整體空中三角測量。所有子區域網完成平差計算之后，將所有子網進行區域網合并，并將所有連接點進行合并。然后，轉刺像控點與檢查點，進行測區的整體區域網平差計算。通過平差計算、點位調整等操作，直至結果滿足要求，提交空中三角測量成果并輸出。輸出成果包括調整后的外方位元素與影像，以供后續創建三維模型使用。

1.2.6 建立三維模型

使用調整后的空中三角測量成果與影像，根據工程指定的范圍與預設的tile大小，設置合適的參數，利用街景工廠進行影像金字塔構建、立體像對創建、點云匹配、不規則三角網構建、三角網優化簡化，完成三維模型的自動創建與紋理的自動關聯。

1.2.7 模型打包輸出

設定輸出坐標系，高斯投影為3°分帶，將生成的模型輸出成通用的OSGB格式。

1.2.8 模型修補

自動化大批量三維建模的成果在局部會出現一些問題，需要對模型成果進行檢查，并對成果中產生的空洞、缺失或變形的I級建筑物和水面等進行修補，以保證模型的美觀和完整。

1.2.9 模型投影高程轉換

將大地高成果的模型利用自帶高程轉換程序，將高程轉換為水準高。

1.2.10 模型的精度分析

為分析模型的三維精度，使用GPS RTK采集了大量的檢測點，采集地物點的點位坐標分析模型平面精度，采集地貌高程點和建筑物高度點分析模型高度精度。

2 試驗區精度分析

2.1 試驗區概況

試驗區位于遼寧省營口市，測區內主要地形為平地，最高建筑約160 m。試驗數據采用徠卡RCD30傾斜相機獲取傾斜影像，傾斜攝影參數見表1。

表1 航攝基本情況

2.2 傾斜影像數據獲取和像控點測量

測區架設的地面基站選用全省B、C級網中C級LC309號點，該點位滿足技術規范要求。航攝完成后，使用徠卡Inertial Explorer軟件，采用DGPS差分技術，解算完成后對數據精度進行評估。像控點按每平方千米1個的密度均勻布設，共測量像控點202個。

2.3 實景三維模型制作

測區面積150 km2，共45 345張航片，超出軟件推薦的單一分區范圍?？紤]到建模效率、Street Factory硬件存儲限制及測區的實際情況，將整個測區劃分為12個子分區，每個子分區5000張航片左右，各子分區的重疊度為100 m；然后將子分區分別合并，形成3個分區，分別對大分區進行自由網和控制網平差及后續的模型制作，每個分區的航片控制在18 000張以內。

在控制網平差時，選取了像控點中的1/3，共68個點作為檢查點。經檢驗，3個區域中控制點殘差最大值X為0.028 6 m、Y為0.024 m、Z為0.29 m；檢查點殘差最大值X為0.095 3 m、Y為0.094 7 m、Z為0.238 m，空中三角測量精度滿足規范要求。

2.4 實景三維模型成果及精度分析

試驗區布設像控點202個，精度滿足技術設計要求，使用Street Factory軟件通過自動化生產的方式，完成了試驗區內實景三維模型的制作(如圖1所示)。

圖1 三維模型

精度驗證：分3類要素對模型進行了實地檢測，采集了大量的數據信息，檢測地物點平面坐標7797個、地貌高程點5711個、建筑物高度點1211個。統計真值與計算值之間的誤差，得到了實景三維模型的精度，見表2。

表2 模型精度統計 m

3 結束語

本文基于徠卡RCD30傾斜相機進行了傾斜影像數據獲取并使用Street Factory軟件進行了數據處理和實景三維模型的構建，總結出了完整的技術流程和作業方法。應用此方法在試驗區進行生產，成果經各級質量檢查滿足精度要求。本文總結的技術方法科學規范，能夠對類似項目的實施提供參考。

(本專欄由徠卡測量系統和本刊編輯部共同主辦)