近年來，以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)為代表的新一代信息技術(shù)，和知識社會(huì)環(huán)境下逐步孕育的開放的城市創(chuàng)新生態(tài)，驅(qū)動(dòng)了智慧城市的形成與發(fā)展。

城市三維模型作為智慧城市的數(shù)字地圖，為了方便后期管理與運(yùn)維，在構(gòu)建過程中，必須按照國家標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)規(guī)范，形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的城市三維模型。

2010年，為統(tǒng)一城市三維建模技術(shù)要求，國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市三維建模技術(shù)規(guī)范》CJJ/T 157-2010，對城市三維模型的基本規(guī)定、建模單元?jiǎng)澐峙c模型命名、數(shù)據(jù)采集與處理、三維模型制作等作出了相應(yīng)的規(guī)定。



一、主要內(nèi)容

城市三維模型是城市地形地貌、地上地下人工建(構(gòu))筑物等的三維表達(dá)，反映對象的空間位置、幾何形態(tài)、紋理及屬性等信息，主要包括地形模型、建筑模型、交通設(shè)施模型、管線模型、植被模型及其他模型等數(shù)據(jù)內(nèi)容。



二、數(shù)據(jù)獲取過程

傳統(tǒng)三維建模方式采用人工實(shí)地拍照的方法，存在工作量大、時(shí)間成本高、紋理失真、模型精度低等缺點(diǎn) 。傾斜攝影利用多傳感器，從多角度觀測同一地物，地物紋理更加豐富，效果更加真實(shí)，是未來三維城市建模的主流方向 。

1.影像數(shù)據(jù)獲取

傾斜攝影相機(jī)角度一般為45度，所以在畫航線時(shí)，要超出所測的范圍，這樣才能把所測局域拍全。拍攝模式主要有環(huán)繞飛行和折線飛行兩種。





為了保障建筑物紋理信息采集精度，一般來說，城市內(nèi)因地物較多，旁向重疊度為70% ，航向重疊度為77% ，山區(qū)因地物簡單，主要是對地形進(jìn)行建模，航向重疊度為77% ，旁向重疊度為47% 。

數(shù)據(jù)采集注意事項(xiàng)

1）分辨率

垂直和傾斜影像的地面分辨率是傾斜攝影最為直觀與重要的參數(shù)之一，也是直接決定后續(xù)三維建模質(zhì)量的關(guān)鍵因素。傾斜影像自動(dòng)空三時(shí)，為了保證量測點(diǎn)的精度，應(yīng)盡量保證不同影像的分辨率一致。

2）相機(jī)焦距

相機(jī)選擇是影像獲取的關(guān)鍵因素之一，決定了所獲取影像質(zhì)量的好壞和攝影交會(huì)角的大小。如何搭配下視相機(jī)與傾斜相機(jī)的焦距，是影像獲取的另一個(gè)關(guān)鍵因素。焦距較長的相機(jī)，視場角小，可以獲取更多的影像紋理；焦距較短的相機(jī)，視場角大，影像變形也越厲害。

3）畸變參數(shù)

在航空測量中，畸變直接影響測量精度?；儾钍贡粩z物體與影像之間不能保持精確的相似性，造成影像幾何變形。一般的辦法是，固定相機(jī)鏡頭，減小相機(jī)畸變參數(shù)變化對加密成果的影響?；蛘呤峭ㄟ^建立三維控制場，及時(shí)檢測無人機(jī)航拍前后的相機(jī)畸變參數(shù)。

4）天氣

天氣因素會(huì)影響圖像質(zhì)量，主要是風(fēng)、霧霾，雨雪，當(dāng)風(fēng)速過大時(shí)，應(yīng)該考慮停止飛行。



5）像控點(diǎn)

像控點(diǎn)是攝影測量控制加密和測圖的基礎(chǔ)，野外像控點(diǎn)目標(biāo)選擇的好壞和指示點(diǎn)位的準(zhǔn)確程度，直接影響成果的精度。想要達(dá)到預(yù)期的成相效果，像控點(diǎn)布設(shè)的好壞起著相當(dāng)關(guān)鍵的作用。

無人機(jī)攝影完成后，需對攝影數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、整理，主要的成果包括傾斜影像和 POS 數(shù)據(jù)。

關(guān)于補(bǔ)拍

補(bǔ)拍是提升模型細(xì)節(jié)的重要工作，補(bǔ)拍時(shí)要注意周邊安全，選擇合適的位置和姿勢。

補(bǔ)拍的目的是彌補(bǔ)死角細(xì)節(jié)，補(bǔ)拍重疊率控制在50%左右，補(bǔ)拍的照片色彩和亮度要盡量接近航線拍的照片。



2.建模原理

傾斜攝影測量三維建模以傾斜影像為數(shù)據(jù)源，集成傾斜影像與下視影像數(shù)據(jù)進(jìn)行平差計(jì)算，構(gòu)建三維環(huán)境，可彌補(bǔ)單一視角數(shù)據(jù)遮擋、紋理不豐富、多余觀測不足等局限。



實(shí)景三維建模的關(guān)鍵技術(shù)有數(shù)據(jù)預(yù)處理、傾斜影像區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差、點(diǎn)云密集匹配、不規(guī)則三角網(wǎng)構(gòu)建、紋理映射及三維建模等。其中，關(guān)鍵點(diǎn)是傾斜影像聯(lián)合平差、紋理映射和實(shí)景三維模型自動(dòng)構(gòu)建。

傾斜攝影測量的優(yōu)勢

1）反映地物周邊真實(shí)情況

相對于正射影像，傾斜攝影測量能夠讓用戶從多個(gè)角度觀察地物，更加逼真的反映地物的實(shí)際情況。通過實(shí)景建模軟件批量提取及貼紋理的方式，能夠大大提高三維建模的效率，降低城市三維建模成本。

2）可實(shí)現(xiàn)單張影像量測

傾斜攝影通過先進(jìn)的定位技術(shù)，可直接基于成果影響進(jìn)行包括高度、長度、面積、角度、坡度等的量測，擴(kuò)展了傾斜攝影技術(shù)在行業(yè)中的應(yīng)用。

3）傾斜影像聯(lián)合加密

利用實(shí)景三維建模技術(shù)，結(jié)合下視與傾斜拍攝影像進(jìn)行聯(lián)合平差，匹配密集點(diǎn)云，并完成紋理映射，建立逼真的三維場景。

3.技術(shù)流程

本次建模采用大規(guī)模三維實(shí)景建模軟件ContextCapture Center。

ContextCapture Center三維實(shí)景建模軟件可以快速為各種類型的基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目生成最大尺寸、最具挑戰(zhàn)性的現(xiàn)狀三維模型，包括源自任何數(shù)碼照片的與整個(gè)城市同樣大小的規(guī)模，還支持最精密復(fù)雜的航空相機(jī)系統(tǒng)和 UAV 采集系統(tǒng)。



三維城市建模流程如下：

·影像、POS數(shù)據(jù)、地面控制點(diǎn)

·空中三角測量

·密集匹配高密度點(diǎn)云

·全自動(dòng)三維重建

·自動(dòng)紋理映射

·城市實(shí)景三維模型

4.數(shù)據(jù)預(yù)處理

對獲取的航攝數(shù)據(jù)進(jìn)行整理檢查，檢查內(nèi)容包括影像質(zhì)量和文件格式、影像重疊度、POS 記錄信息與影像對應(yīng)關(guān)系。

為保證影像色彩滿足生產(chǎn)要求，原始影像需進(jìn)行勻光與勻色。處理后的數(shù)據(jù)應(yīng)保證整個(gè)測區(qū)整體色調(diào)的一致，且單張航片不偏色。



5.實(shí)景三維模型生成

傾斜影像空中三角測量是實(shí)景三維模型構(gòu)建的關(guān)鍵步驟。因多視角影像平差需要考慮影像的幾何變形及相互間的遮擋關(guān)系，傳統(tǒng)的空三軟件無法處理，傾斜攝影空三平差處理最重要是如何將垂直下視影像和傾斜影像進(jìn)行混合平差。

ContextCapture Center 建模精度較高，模型構(gòu)建采用分塊構(gòu)建計(jì)算，軟件自動(dòng)選擇不同視角上的最優(yōu)像對模型，并生成超高密度的點(diǎn)云?；邳c(diǎn)云數(shù)據(jù)自動(dòng)構(gòu)建 TIN 模型，根據(jù)三維 TIN 的空間信息，獲取最佳視角影像紋理，并自動(dòng)賦予模型，輸出 OSGB 格式三維模型成果。



如果您有三維城市建模需求，或者對ContextCapture Center感興趣，歡迎聯(lián)系我們：18122393143。