周晓楠 邓慧
大连富兰德测绘有限公司 辽宁大连 116100
摘要：本文主要就三维实景建模在地形图中的运用展开了相关的分析与研究，首先对三维实景建模的情况进行了介绍，而后针对三维实景建模在地形图的运用进行了描述。最后希望借助于本次研究的分析与讨论，能够为三维实景建模在地形图中的运用提供一些可参考的内容。
关键词：三维实景建模、无人机、大比例尺地形图
一、三维实景建模的概况与分析
近年来，伴随着无人机航空摄影技术的发展为传统航空摄影测量提供了有力的补充，尤其是倾斜摄影技术得到了广泛应用。该技术手段结合低空无人机和倾斜摄影的技术优势，通过电动多旋翼无人机搭载五镜头或两镜头相机，在低空同时从垂直和倾斜等多个角度获取高分辨率的地面影像资料，再使用三维实景建模软件处理，可生成带有精确地理坐标值、可量测的三维实景模型。
三维实景建模是一项实景还原的高新技术。具有高精度、高分辨率、高清晰度以及可实时量测等的特点，为大比例尺测图提供了便利。
传统测图一般采用外业实测和航测采集，存在人工成本高、效率低等问题。而且在地形图测绘中经常遇到一些局部小区域环境恶劣、地势险峻，测量人员难以到达。三维实景建模技术的日益成熟为这些特殊区域的数字测图提供了新的思路。通过其可量测和非接触式的技术特点，测绘人员可在三维实景模型获取空间信息数据。
但是，由于三维实景建模技术是根据一系列的二维像片，或者一组倾斜影像，自动生成带有纹理贴图的三维模型。其照片和照片的拼接的衔接度决定着三维模型的精度质量。
以辽宁大连某测区为例，进行1：500大比例尺地形图测图，并对精度进行了验证。结果表明，测图平面X方向中误差为0.029m，Y方向测图中误差为0.033m，小于1∶500大比例尺测图规范要求的0.30m;高程中误差为0.40m,不能满足地形图的精度要求。为了提高模型的精度，在无人机作业前，可通过水准仪等测量仪器对测区均匀的且在不同地形类别以及有效区域边缘增布置高程控制点。加密测区的高程控制网，从而满足测图的精度要求。
二、三维实景建模测大比例尺地形图的作业流程
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图1.航摄大比例尺地形图的生产流程
2.1无人机航空摄影
根据外业现场的实际情况确定无人机航空分区，分区时保证像控点分布均匀，一般优先选择路网作为分界线。根据内业初步拟定的无人机起降场地，结合现场实际情况，选择视野开阔、周围遮挡小、无明显信号干扰、远离人群和建筑物的地方作为无人机起降场地，着重避开高层建筑及信号塔。对于进行实景三维建模，一般采集5个视角的影像，分别包含1个正射角度和4个倾斜角度。无人机航空摄影时，按照设定的航飞高度进行数据采集，其中航向重叠度一般设定为70%~80%。旁向重叠度设定为60%~70%。
2.2地面控制点布设
像控点的布设策略取决于建模精度要求、是否有POS数据辅助，像幅大小等因素。对于无人机倾斜摄影技术，目前多采用区域网布点的像控点布设法，即测区四周布设平高点，内部布设一定数量的平高点或高程点。根据经验估计，对于一般地形区域，采用间隔10000个像素布设一个平高点的方法进行加密。
2.3空中三角测量
空三加密是实景三维建模的核心环节之一，为提高成果的位置精度水平，需要将外业采集像控点数据刺点至对应的像片，要求各个视角均选刺一定数量的像片。刺点完成后，运行空三加密，软件自动进行多视角密集匹配、区域网平差、确定像片之间对应的位置关系。空三完成后，可在软件平台查看空三点的密度图。
2.4立体测图、数字测图
大比例地形图测绘主要基于EPS无人机三维模块，利用三维实景模型的空间量测功能，直接进行地形、地物的采集工作。基于三维实景模型的地形图制作，借助模型的空间尺寸信息，直接进行空间量算及采集，同时通过模型旋转及多角度观察等功能实现自动房檐改正，免去大量的外业实测及调绘工作，大大提高地形图测绘的工作效率。
2.5地形图成果
借助EPS软件绘制出的地形图成果如图2所示。再根据规范要求对地形图内的要素进行选取、化简、概括和移位几种基本形式的技术处理。当制图要素相互矛盾时，首先分清点、线、面要素，然后考虑各要素的重要性、衡量各要素的稳定性对矛盾要素进行处理，最终整理成图。
2.6精度分析
为了验证基于三维模型绘制的地形图的精度，在实验区采用全站仪与RTK实地量测部分检查点，通过实地测量的检查点坐标与基于三维模型绘制地形图的坐标的对比来判断检查点点位中误差和高程中误差是否满足测绘大比例尺地形图的规范要求。
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图2.基于三维实景模型的地形图成果
三、结束语
经过大量的实践证明，利用三维实景建模技术进行大比例尺地形图测绘，能够满足规范精度要求，是地形图测绘技术的重大尝试和成功应用，其技术优势主要体现为以下几点:
(1)作业效率高，劳动强度小。无人机倾斜摄影测量技术响应迅速，数据获取快捷，作业效率提升。与传统的大比例尺地形图测绘方法相比，应用无人机倾斜摄影测量技术可以大幅降低外业工作量和工作强度。
(2)数据采集直观、全面。通过正射影像数据和实景三维模型数据分别从二维和三维世界在线地物的分布特征，直观、形象，作业员可直接在二三维作业环境下进行数据的采集和编辑。
(3)数据精度高，干扰性因素少。地形图测量时经常遇到现场不配合或者地形地貌过于复杂的现象，从而难以确保地形图的准确性。利用无人机倾斜摄影技术进行大比例尺地形图测绘，通过非接触模式二三维环境作业，可准确定位地物特征点位，确保数据精度和全面性。
该作业模式也存在一定的局限性，若航飞数据的获取时间为植被较为茂盛的季节时，由于植被遮挡造成的实景三维模型难以表达的地物，仍需要通过补绘和调绘的形式进行补充。该作业模式还存在无人机飞行作业受天气影响较大、无人机飞行姿态不稳定需搭载IMU 装置保证高程精度、矢量化采集过程非自动化等问题，未来相关硬件软件难题的深入研究将为推广倾斜摄影测量技术测绘大比例尺地形图提供条件。
参考文献：
[1] 马伶 孟猛 三维实景建模在地质灾害预警中的运用[J].工程管理前沿，2020（19）:443
[2] 李逵 基础倾斜摄影测绘的大比例尺地形图[J].地矿测绘，2019（35）:31~34