一种倾斜摄影测量的矢量化制图软件的开发应用

杨忠祥

（1.云南旅游职业学院 ，云南 昆明 650221）

倾斜摄影技术是国际测绘领域近些年发展起来的一项高新技术[1]。倾斜摄影格式的建模相较于传统的建模方式具有高真实、全要素的特性[2]，其影像不仅能够真实地反映地物情况，还能通过采用先进的定位技术，嵌入精确的地理信息，使用户获得更高级、更为逼真的体验，极大地扩展了遥感影像的应用领域。同时，倾斜摄影测量技术将使得目前高昂的实景三维建模建设成本得以大大降低。传统平面数字地图或者简单的三维城市地图都已经无法满足人们的需求，迫切需要更加逼真、精确的数字实景三模建模。

国内外学者在基于影像进行三维模型重建这一领域进行了大量研究[3,4]。目前国内外比较流行的倾斜摄影自动建模软件，如法国Acute 3 D公司的Smart3DCapture软件[5]。基于图形运算单元GPU的快速三维场景运算软件， 可运算生成基于真实影像的超高密度点云，它无需人工干预，从简单连续的影像中生成逼真的三维场景模型。但当前的建模算法不能把建筑、树木等地物进行区分，构建出来的是一个连续的Tin网。对于这样的数据，本身是无法选中单个建筑的，需要进行一定的处理才能实现“单体化”。对于大多数应用，需要能对建筑等地物进行单独的选中、赋予属性、查询属性。针对上述问题，本文开发了一种基于倾斜摄影测量的矢量化制图系统，解决了目前模型“单体化”难题，为管理和决策提供技术支撑，并利于场景解译。

1 关键技术

1.1 倾斜摄影测量

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、倾斜等不同角度采集影像[6]，获取地面物体更为完整准确的信息。

1.2 建模技术路线

倾斜摄影测量三维实景建模主要技术包括影像预处理、区域整体平差、空中三角测量、倾斜影像密集匹配、TIN格网构建、三维模型创建、自助纹理映射及实景三维模型等[7]。倾斜摄影自动化生成的模型本质上是mesh模型，自动化软件一般经过几何校正、联合平差等处理流程，可运算生成基于真实影像的超高密度点云，并以此生成基于真实影像纹理的高分辨率实景三维模型。基于倾斜摄影测量数据的三维建模技术路线如图1。

图1 基于倾斜摄影测量数据的三维建模技术路线图

2 基于倾斜摄影测量的矢量化制图软件

2.1 数据来源

项目区位于云南省中部，地势以山地为主。根据实景三维建模对原始倾斜影像数据的要求，影像地面分辨率为4.5 cm。为保证数据处理的精度，利用GPS测量像控点8个，平面、高程中误差严格控制在0.10 m内。为检查软件及模型精度，在项目区测量了12个检查点。

2.2 实景建模

本项目采用法国Acute3D公司的Smart3DCapture软件进行三维自动建模。数据处理流程：工程准备（数据预处理）、新建工程、导入数据、控制点影像关联、空三处理、分区密集匹配、重建生成模型。

2.3 矢量化制图软件开发应用

本软件采用OpenGL技术开发，是一套基于C++平台的应用程序接口，软件界面如图2。通过程序开发实现不同数据格式的读取和转换。支持OSGB文件格式的倾斜模型，可直接生成.shape和.dwg数据格式，见图2。

图2 软件界面

图3 选择图层存储文件路径

通过鼠标点击墙角，可实时调整制图过程中因未能准确捕捉墙角而带来的人为误差，如图4所示。

基于倾斜摄影测量数据的数据采集，实现二、三维符号一致，且二、三维编辑在一个界面下同步进行，采集方法更直观，三维与二维可灵活切换，如图5、6所示。

图5 数据采集符号库及名称

图6 基于倾斜摄影测量数据的矢量化绘图

3 精度评定

通过本软件采集的基于倾斜摄影测量的地物特征点坐标与采用GPS-RTK野外实测坐标进行抽样比对检查，检查点分布均匀，基本覆盖本测区范围。将实测坐标与软件采集坐标进行比较，根据规范要求检查该点是否合格，最后统计出每个检测点的坐标较差。由表1、2可知，共抽查了12个检查点在X、Y、Z方向的标准偏差分别是0.068 8 m、0.067 2 m、0.088 3 m，完全能够满足1∶500大比例尺数字化制图要求。通过软件直接采集数据与野外实测数据相比较，平面及高程精度均优于10 cm。

表1 软件采集地物特征点与实测平面精度统计表

表2 软件采集地物特征点高程与GPSRTK实测高程精度统计表

4 结 语

倾斜摄影测量是获取矢量数据的一个重要来源，随着无人机的发展、倾斜摄影的普及，真正射影像也正逐步出现，提高了矢量化过程中的数据准确性。结合倾斜摄影测量技术，采用OpenGL技术开发矢量化制图软件，直接对建模进行可视化图形编辑操作，相比其他数据采集软件，在使用和图形编辑方面更直观、效率更高，平面与高程精度能满足1∶500大比例尺制图要求。通过矢量化的方式将二、三维矢量数据与倾斜摄影测量数据相结合，实现了模型的单体化。但由于项目区覆盖范围有限，软件应用并没有完全覆盖所有地物类型，软件应用推广受到一定限制，仍需进行后续研究。