三维建模在地籍测量中的应用研究

谢长城

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摘要：近年来，随着社会建设的不断发展，传统的测绘成果表现形式单一,通常是以二维的方式进行表达,无法满足各行业应用对可视化的要求。以智慧城市项目为基础,研究了倾斜摄影三维建模的相关技术,基于有人机、固定翼及旋翼无人机获取的数据进行模型构建,分析了不同倾斜摄影方法在作业效率、精度等多方面的特点。

关键词：三维建模；地籍测量；应用

引言

传统地籍测绘，由于其效率低，外业工作量大，入户调查难，已无法满足全国房地一体项目的测绘需求。为了按时高质量完成农村房地一体项目，很多学者对其进行了深入探讨。宋振华等提出将三维建模测量技术用于房地一体项目，并以平凤镇为例，采用人工实地测量数据，对生产的地籍成果从界址点、房屋边长和房屋面积几方面进行了分析，得出采用无人机三维建模技术，可以缩减成本，提高作业效率。魏军等提出将三维建模用于农村房地一体项目，可以得到符合地籍二级精度要求的地籍成果和满足1∶500比例尺的地形图成果。李勇提出将倾斜摄影、三维激光扫描技术和权属调查APP软件用于农村房地一体项目，并分别对其进行了说明，得出采用多技术融合，可以有效提升地籍测绘效率，而且成果精度高，数据准确性强。李帆等提出将三维建模技术用于房地一体项目，可以生产得到符合要求的大比例尺地籍成果，且采用全新的实景三维模型成果，可以有效提升指界确权的准确性，有效提升了农民的配合度。虽然很多学者提到了采用三维建模技术进行地籍成果的测绘，但是并没有分析该技术存在的缺陷，比如因遮挡导致的航拍盲区带来的模型拉花问题，地籍成果是在模型上采集的，模型一旦拉花，其精度不受保障，无法得到符合要求的地籍成果。

1三维建模数据获取与处理

1.1倾斜航空摄影

选取3种设备协同完成外业数据采集工作,分别为有人机PC-6搭载型号为UCOPⅡ的相机完成大面积数据采集任务,采用大黄蜂多旋翼无人机搭载睿铂DG3Pros相机及P330pro搭载DG4pros相机完成任务区更新范围的数据获取工作。PC-6+UCOpII和大黄蜂+DG3Pros航摄飞行完成后,对数据进行下载,获取原始影像数据、位置姿态、相机参数及飞行信息数据。对同步观测的基站数据进行联合解算,以航片编号及航线为单位对航片进行整理。在作业区范围内布设网格均匀分布的像控点及一定数量的检查点,严格参照规范对相应点位进行量测,所得到的高精度数据作为数据处理的基础。P330p+DG4pros作业采用免像控方式进行,在航飞前需在地面采集已知点坐标,并将i50基站架设在已知点上进行严格的对中整平等操作。飞行结束后,下载飞机端差分模块中的原始POS数据以及i50基站中的静态数据,将原始数据导入CGO2.0软件,输入基站点坐标及P330p+DG4P相机解算参数,进行ppk解算。为后期检验成果数据的精度,在作业区范围内选定一定数量的检查点并进行测量。

1.2数据预处理

倾斜航空摄影数据的预处理工作包括以下5个方面:1)检查影像的质量,确保影像清晰且色调一致;2)POS数据的检查与整理,确保POS数据的影像名与原始影像一一对应且均唯一,将POS数据的格式整理为建模软件所能识别的数据格式;3)内方位元素的整理;4)将像控点坐标及检查点的坐标高程转换为正常高,并整理其数据格式;5)明确数据的坐标系并根据实际需要转换为统一的坐标系。为使得到的大场景三维建模数据色调一致且纹理清晰,需对原始影像的色彩进行调整。此次任务所获取的大面积航飞数据只有局部对比度不足,利用Photoshop图像处理软件,批量对影像进行了调整,而补飞的无人机数据则色彩更加鲜艳。为考虑大场景数据的一致性,以有人机获取的影像为调色模版,对其进行了匀光匀色等处理,使影像整体具有统一的视觉效果,为建立美观的三维大场景提供较好的影像数据基础。整理获取下视及侧视影像的传感器尺寸、影像焦距或相机opt参数等信息文件。对POS数据进行整理,其中包括坐标系转换,pos格式规范化处理等,以便导入建模软件。对像控点及检查点的高程进行精化处理,将大地高转换为正常高,并统一坐标系,此次任务统一采用2000国家大地坐标系、1985高程基准。

2案例分析

2.1空中三角测量解算

本次倾斜数据解算选用瞰景Smart3D软件。首先对影像数据和POS数据进行整理，利用重命名软件，对影像名字进行更改，确保5镜头数据，每张影像名字是唯一的，然后对POS进行更名，确保POS和影像对应准确。然后新建工程，加载影像数据和导入POS数据，手动输入每个相机的相机焦距。之后提交空三任务，开启电脑上的引擎，完成空三数据的解算。解算完成后，对空三成果进行查看，无分层、弯曲问题。设置像控点坐标系统并导入像控点，进行像控点的转刺。根据像控点在像片上的位置，软件采用不同的颜色对其进行了表示，本次只选择转刺像控点位于影像中心区域的点位，这样可以降低影像畸变带来的误差。待所有像控点转刺完成后，提交平差任务，完成加密点坐标从相对坐标转换到绝对坐标。查看平差报告，像控点三维中误差为0.005m，精度良好，可直接用于三维模型的生产。

2.2实景三维模型生产

三维模型的生产涉及多视影像密集匹配、不规则三角网构建、白膜生成、纹理映射和格式转换。首先基于空三加密成果，采用多视影像密集匹配算法，匹配得到稠密的三维离散点坐标；其次按照不规则三角网的构网原则，构建不规则的三角网，形成白膜；然后按照摄影测量中的共线方程以及影像的外方位元素，将三角网上的3个点坐标投影至影像的像方坐标系中，从而得到带有真实纹理的三维模型成果。在数据生产中，首先设置框架坐标系统，选择瓦片切块方式和设置瓦片大小，设置分块原点和模型原点，选择模型输出格式，提交建模任务，完成实景三维模型的生产。

2.3基于实景三维模型

本次地籍测绘选用EPS软件，首先将OSGB格式的模型和元数据XML文件导入到EPS软件中，快速得到DSM模型索引文件，然后加载DSM到EPS中，进行地籍测绘，并利用模型生成得到0.05m的真正射影像，一并加载到EPS软件中，在DSM上对房屋和宗地进行采集，并将采集的成果套合到真正射影像上，对成果质量进行查看，有采集不合适的及时进行修改。由于目前倾斜摄影的局限性和三维建模软件的缺陷，自动化生产的三维模型，部分区域存在模型拉花变形，对于这种的房屋和宗地，在进行地籍测绘时，不能对其进行采集，因为其精度无法满足项目要求，只对精度不足区域进行标注；对于模型完整、未拉花的区域，直接在模型上完成地籍图的采集和制作。对于有房檐的，采用EPS中的房檐改正工具，对房檐进行改正。

结语

本文分别使用3种设备,采用常规及免像控的作业方式,开展大场景三维模型构建工作。通过分析其作业效率、成果精度及模型效果,验证了3种获取方式在构建三维模型上的优势与不足,分析得出不同应用场景及精度要求下数据采集方式的选择方法,为倾斜摄影三维建模工作的开展提供了一定的参考价值。

参考文献

[1]宋振华，陈洁文.三维建模在地籍测量中的应用——以平凤镇为例[J].经纬天地，2023（1）：33-35.

[2]魏军，于洪雨，靳巧珠，等.三维建模技术在农村房地一体确权登记项目中的应用研究[J].测绘与空间地理信息，2023，46（2）：60-63.

[3]李勇.三维建模技术融合在地籍测量调查中的应用[J].测绘与空间地理信息，2023，46（1）：221-224.

[4]李帆，晋良高，潘红平，等.三维建模技术在地籍测量创新应用[J].测绘，2022，45（5）：215-220