龙祥海
柳州市勘察测绘研究院
摘要：随着国家“十四五”基础测绘规划编制工作启动和“实景三维中国建设”项目的推动，越来越多的城市开展了基于倾斜摄影实景三维模型数据的生产，因此，如何科学合理地对倾斜摄影实景三维模型成果进行检查验收与质量评定是各测绘产品质监部门面临的问题。本文以提出了一套针对实景三维模型产品的检验方法，并归纳了实景三维建模的常见质量问题，通过分析成因，提出处理建议，为今后制定标准科学的质检规范提供实践参考。
关键词：实景三维模型；倾斜摄影；质量检查与验收；质量元素
引言
随着“实景三维中国”建设的推进，倾斜摄影、机载雷达（LiDAR）等先进测绘技术的发展，为城市级实景三维建模提供了更好的技术手段。实景三维建模依托倾斜摄影测量数据成果，结合摄影测量学、计算机图形学算法，通过自动化处理手段，可获得实景全要素、可量测的三维模型。现阶段，城市级实景三维建模生产主要包括基于倾斜摄影测量技术的实景三维建模（简称倾斜三维建模）和基于激光雷达（LiDAR）与倾斜摄影测量技术的实景三维建模（简称LiDAR 倾斜三维建模）两种。本文结合某市倾斜摄影实景三维模型建设项目成果质量检验工作，总结提出了针对实景三维模型数据的检查验收程序与质量评价方法。
1建模原理
倾斜三维建模采用匹配三维建模技术，即从大重叠度的倾斜影像立体像对中，利用同名点匹配方式，通过数学运算生成三维点云，在此基础上快速构建三维模型，如图1所示。
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图 1 匹配三维建模示意图
LiDAR倾斜三维建模，将获取到符合要求的倾斜影像和区域点云成果，通过自动化或半自动化手段对两种数据进行解算合成处理，快速生成三维模型，如图2所示。
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图 2 LiDAR 倾斜三维建模示意图
2生产流程
（1）倾斜三维建模，其主要生产流程如下：获取多视角倾斜影像；密集点云提取，基于多视影像构建金字塔、进行密集匹配，提取密集点云；Mesh模型构建，基于点云构建Mesh模型几何结构，包括构建不规则三角网、三角网的优化与光滑；纹理映射，即建立三角网与纹理的相互关系，完成实景模型的自动创建与纹理自动关联；模型生产，按照成果格式要求输出模型成果。
（2）LiDAR倾斜三维建模，其主要生产流程如下：利用机载LiDAR和倾斜摄影分别获取LiDAR点云和倾斜影像；对获取的点云进行分类；将分类后的地面点云数据生成区域DEM；利用区域DEM对航摄影像进行正射纠正，拼接生成区域DOM；建筑物建模，将精细分类完成的建筑物点云和纠正拼接生成的DOM导入建模软件中，作为建模参考依据，然后编辑建筑物模型轮廓，得到三维白模；纹理贴图，使用配准的倾斜影像进行纹理贴图处理，最终生成整个城市的建筑物模型。
3实景三维模型质量检验方法
3.1抽样程序
样本以“区块”“平方千米”等模型计量单位从检验批中简单随机抽取，均匀分布。当批量小于或等于80时，按5%比例抽样；当批量超过80时，采用特殊检验水平S-4，正常检验1次抽样。检验批通常以同一技术设计书指导且生产时间相近的同规格单位产品组成。生产批量较大时，可根据批成果的生产时间、作业方式、生产单位等因素不同分批实施检验。
3.2检验内容
现行的三维地理信息模型数据产品质检标准中，检查内容主要包括8项质量元素，分别为：空间参考系、位置精度、表达精细度、逻辑一致性、属性精度、时间精度、场景效果和附件质量。借鉴此标准的同时，结合实景三维建模项目的技术设计、数据特点、产品用途等实际情况，适当取舍了质量元素、子元素，调整了权重占比及检查内容。相较与人工模型，舍去了属性精度、时间精度两项质量元素，提高了实景三维模型表达精细度和场景效果的权重。此外，当项目技术设计对模型成果不作单体化要求时，逻辑一致性中将质量子元素拓扑一致性舍去，权重调整为0.05，表达精细度权重调整为0.50。
3.3质量评定
实景三维模型检查质量子元素中，除位置精度按照外业检测计算的平面、高程中误差值得出相应的平面位置和高程精度得分，其他质量子元素通过人机交互核查比对，统计出现的A、B、C、D4类错漏个数计算得分。在具体实施质检时，可根据项目实际情况和技术设计要求适当调整错漏分类。各质量子元素的最低分为其所属质量元素得分。单位成果质量得分按各质量元素及其权值，采用加权平均法计算得到。全部单位成果合格后，取单位成果得分的算术平均值为样本的质量得分。最后根据需要，结合样本外产品重要检查项或重要元素的概查情况判定批成果质量。
4常见质量问题及处理建议
尽管实景三维模型在很多方面优于传统三维模型，例如模型比例真实，模型细节、场景纹理表现自然更接近真实效果，但由于其特有的技术手段和生产工艺流程，也存在一些常见的质量问题：
（1）实景三维建模主要是基于光学影像的特征点匹配构建，此算法在颜色变化小、纹理缺乏、反射光泽或透明的区域（单一颜色的墙壁或屋顶，玻璃幕墙，金属柱、架，大面积水域等），容易出现匹配错误或无法匹配的情况，导致模型出现破面漏洞、部件细节缺失、扭曲变形、纹理拉伸、拼接错位、冗余数据等质量问题；
（2）倾斜拍摄由于航高较低、摄影倾角大，易出现地物阴影和遮挡等摄影盲区，造成近地面地物之间模型粘连、扭曲变形、纹理拉伸模糊等现象。
针对这些问题，除了常用的方法，即通过在DP-modeler、Geomagic、Studio、3dsMax等软件环境中人工交互式编辑修饰修补，优化模型效果，还可通过导入LiDAR点云参与三维网构建，采用低空近景拍摄影像补充模型纹理信息等方法改善模型质量。
5实景三维建模项目质检实例
5.1研究区概况
某市倾斜摄影实景三维模型建设项目作业区位于市中心区域，测区地形类别主要为平地，面积约50km2。项目选用罗宾逊R44型直升机搭载AMC1050倾斜摄影仪（双下视十镜头）采集影像，相对航高约为600m，下视影像分辨率为0.05m，航摄成果涉及161550张倾斜影像，有效航线数量为152条。测区共布设346个像片控制点，使用Bentley Context Capture软件进行空三加密和三维模型构建，DP-modeler软件进行模型的编辑和修饰。模型成果为open scene graph binary（osgb）格式，精度指标要求平面和高程中误差均不超过0.25m。
5.2检验结果
由于此项目未要求模型做单体化处理，质量元素逻辑一致性权重调整为0.05，表达精细度权重调整为0.50。综合内外业检验情况，宁波市倾斜摄影实景三维模型建设项目检查点精度符合技术设计精度指标要求，内业检查主要存在的质量问题有：（1）模型精细度方面存在少量建筑模型结构扭曲，外墙凹凸不平或有破洞，电杆、铁塔等模型部件缺漏，个别房屋模型粘连；（2）纹理精细度方面少数区域纹理拼接色差明显，贴图错位；（3）场景效果方面局部水域异常值、破洞未处理，悬浮物未删除。各质量元素得分经审核，质量等级评定为“良”。
6结束语
随着机载雷达、移动激光扫描、无人机、倾斜摄影、空地一体化等技术的发展，为城市级实景三维模型的生产带来了更多机遇和选择，未来的城市级三维模型必定是多源模型融合的成果，可为智慧城市建设提供时效性更强、更真实、更精确、对象化程度更高的时空信息基础设施，从而促进政府机构改革和职能转变，全面提高城市治理水平。
倾斜摄影实景三维模型已经大规模应用到各个行业领域，但是国家尚未出台相关质量检查标准及规范，本文提出了一套简单有效的实景三维模型产品检验方法，以期能起到一定借鉴作用。
参考文献
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