機(jī)載Li DAR航空攝影測量在三維建模中的應(yīng)用分析

劉華章

（云浮市地理信息中心，廣東 云浮527300）

1 項(xiàng)目概況

廣東云浮西江新城三維模型、數(shù)字高程模型制作項(xiàng)目的工作范圍，整個(gè)項(xiàng)目的實(shí)際測繪面積約為80km2。在實(shí)際測量過程中，將會使用行1∶500的LiDAR和傾斜攝影、建立數(shù)字高程模型（DEM）、數(shù)字正射影像（DOM）和數(shù)字地形圖，進(jìn)而制作出測繪區(qū)域的實(shí)景三維模型。

2 機(jī)載Li DAR技術(shù)

2.1 對地定位

所謂機(jī)載LiDAR技術(shù)，就是利用飛行器作為技術(shù)系統(tǒng)的實(shí)際載體，通過飛行器上所搭載的攝影設(shè)備對地球表面進(jìn)行拍攝掃描，獲取地球表面高精度點(diǎn)云數(shù)據(jù)的對地觀測技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用過程中，機(jī)載LiDAR技術(shù)將會以激光測距技術(shù)、動(dòng)態(tài)GNSS定位技術(shù)以及慣性測量技術(shù)等技術(shù)為基礎(chǔ)，并通過同步控制系統(tǒng)來同步飛行器的位置數(shù)據(jù)信息，完成飛行器的定位處理工作。

2.2 點(diǎn)云濾波

在機(jī)載LiDAR技術(shù)應(yīng)用過程中，同步控制系統(tǒng)將會對飛行器所同步傳輸?shù)腉PS數(shù)據(jù)、激光測距數(shù)據(jù)、姿態(tài)數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)同步到地面，地面將會通過PC設(shè)備來對該些數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合解算處理，得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)。通常來說，點(diǎn)云數(shù)據(jù)包括有三維坐標(biāo)、回波強(qiáng)度以及回?fù)苄蛄刑柕刃畔?nèi)容。由于機(jī)載LiDAR技術(shù)在通過飛行器進(jìn)行地面拍攝掃描時(shí)，其并未記錄激光腳點(diǎn)所在地物的屬性，所以點(diǎn)云數(shù)據(jù)中也不包含相關(guān)地物的屬性信息。在此情況下，想要構(gòu)建完善的實(shí)景三維模型，還需要在點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取出地面點(diǎn)，然后根據(jù)地面點(diǎn)來構(gòu)建城市實(shí)景三維模型。此過程中，點(diǎn)云濾波的實(shí)際作用是將點(diǎn)云數(shù)據(jù)分離成地面點(diǎn)和非地面點(diǎn)2種數(shù)據(jù)信息，即從中提出去素質(zhì)地表模型和數(shù)字高程模型，從而有效地實(shí)現(xiàn)地面點(diǎn)與非地面點(diǎn)的分離，為城市實(shí)景三維模型構(gòu)建提供位置信息保障。

2.3 點(diǎn)云分類

機(jī)載LiDAR技術(shù)的激光腳點(diǎn)將會落到植物、街道、建筑、河流等地物之上，而想要有效地構(gòu)建出城市實(shí)景三維模型，就需要對該地物進(jìn)行分類，并根據(jù)不同地區(qū)分類之間的腳點(diǎn)數(shù)據(jù)，提取出相應(yīng)目標(biāo)點(diǎn)的云系列，完成點(diǎn)云數(shù)據(jù)分類工作。

3 傾斜攝影測量技術(shù)

3.1 系統(tǒng)工作

傾斜攝影測量技術(shù)作為當(dāng)今地物測繪過程中常用的技術(shù)手段，由于傾斜攝影技術(shù)采用了可以進(jìn)行多角度觀測的單頭相機(jī)和多頭相機(jī)結(jié)合的方式，所以相比較傳統(tǒng)的攝影技術(shù)來說，其可以通過多個(gè)角度對測繪地物進(jìn)行信息的觀察獲取，進(jìn)而促使其不僅可以直接獲取地物的正射影像信息，還可以快速地獲取正攝影像信息側(cè)面的影像信息以及激勵(lì)拍攝點(diǎn)的實(shí)際位置信息，有利于后期數(shù)據(jù)處理過程中影像的空間定位工作。

3.2 像控點(diǎn)測量

為確保傾斜攝影測量技術(shù)的最佳應(yīng)用效果，在應(yīng)用過程中，還需要完成像控點(diǎn)的測量工作。在項(xiàng)目中，測控點(diǎn)的測量工作將會分為布設(shè)、判刺、聯(lián)測以及空三加密4部分。其中，像控點(diǎn)的布設(shè)工作需要先結(jié)合項(xiàng)目區(qū)域的實(shí)際情況，劃分出項(xiàng)目點(diǎn)布設(shè)區(qū)域網(wǎng)，然后以此為基礎(chǔ)進(jìn)行實(shí)際像控點(diǎn)布設(shè)工作；判刺則是指在進(jìn)行像控點(diǎn)選擇過程中，應(yīng)盡可能將像控刺點(diǎn)布置在可獲取圖像清晰，易于判別的位置，如地物拐角等[1]；聯(lián)測則是指采用YFCORS的網(wǎng)絡(luò)RTK作業(yè)方式進(jìn)行聯(lián)測工作，并在完成聯(lián)測后，及時(shí)檢查展點(diǎn)，防止出現(xiàn)誤差情況，為后續(xù)工作內(nèi)容打下基礎(chǔ)；空三加密則是指在進(jìn)行實(shí)際空中三角測量前，傾斜攝影技術(shù)將會對所獲取到的原始影像進(jìn)行預(yù)處理，該處理內(nèi)容包括有色彩處理、亮度處理、對比度處理以及勻色處理等。具體空三加密建模流程如圖1所示。

圖1空三建模流程

4 機(jī)載Li DAR航空攝影測量在三維建模的應(yīng)用

4.1 應(yīng)用流程

在實(shí)際應(yīng)用過程中，系統(tǒng)會先將過濾后的地面點(diǎn)轉(zhuǎn)化為規(guī)則格網(wǎng)，獲取相應(yīng)的格網(wǎng)模型，然后再對格網(wǎng)貼紋理，從而完成對城市三維實(shí)景模型的細(xì)化模擬效果，具體效果如圖2所示。在進(jìn)行城市地物實(shí)景建模過程中，首先需要將點(diǎn)云數(shù)據(jù)信息通過地物所對應(yīng)的分類信息進(jìn)行分類區(qū)分，然后結(jié)合傾斜影像測量技術(shù)所獲取的數(shù)據(jù)信息，將兩類信息導(dǎo)入軟件中，完成對地物的輪廓勾勒、立面剖分、細(xì)節(jié)班級以及紋理貼圖等工作流程，最終實(shí)現(xiàn)城市實(shí)景三維模型效果。

圖2格網(wǎng)模型展示圖

4.2 地面建模

地面模式是構(gòu)建城市實(shí)景三維模型的基礎(chǔ)保障，并且其實(shí)景精度水平還將會直接影響后續(xù)的三維模型構(gòu)建效果，所以在進(jìn)行地面建模時(shí)，一定要提高地面建模的精度。在本項(xiàng)目中，需要通過機(jī)載LiDAR技術(shù)與傾斜攝影技術(shù)相結(jié)合的方式來構(gòu)建地面模型，所以在實(shí)際應(yīng)用過程中，首先要對機(jī)載LiDAR技術(shù)所獲取的原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)云濾波處理，從而獲取地面建模所需的城市地面點(diǎn)。其次，需要對經(jīng)過點(diǎn)云濾波處理的點(diǎn)云進(jìn)行數(shù)據(jù)內(nèi)插?？紤]項(xiàng)目的實(shí)際情況，想要提高地面建模的實(shí)際精度水平，需要根據(jù)距離權(quán)重的方式將地面點(diǎn)云數(shù)據(jù)內(nèi)插層1m×1m的規(guī)則格網(wǎng)。最后，將經(jīng)過對象化處理后的DOM和規(guī)則格網(wǎng)導(dǎo)入三維平臺軟件中，生產(chǎn)城市地面三維模型。

4.3 建筑物建模

在建筑建模過程中，首先需要在已經(jīng)完成分類后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取出建筑物的點(diǎn)云數(shù)據(jù)信息。其次，結(jié)合傾斜影像測量技術(shù)所獲取的建筑物影像數(shù)據(jù)信息來勾勒出建筑物的實(shí)際輪廓情況，具體效果如圖4所示。再次，在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于城市中的高層建筑存在著投影差的情況，所以在實(shí)際建筑物輪廓勾勒時(shí)，可能會存在一定的坐標(biāo)偏差，所以還需要在建筑物建模過程中，根據(jù)建筑的點(diǎn)云數(shù)據(jù)信息，對建筑物的實(shí)際輪廓線進(jìn)行處理，促使其能夠覆蓋點(diǎn)云邊界。最后，將所獲取到的建筑物模型導(dǎo)入軟件中進(jìn)行貼紋理等細(xì)化編輯工作。

4.4 模型整合

在完成地面模型和建筑模型構(gòu)建以后，還需要將2類模型進(jìn)行有效整合，從而構(gòu)建成完整的城市實(shí)景三維立體模型效果。此過程需要在建模軟件中分別導(dǎo)入地面模型和建筑物模型，之后再導(dǎo)入道路、景觀等其他類型的模型，最后通過人工編輯的方式對所有模型進(jìn)行精細(xì)化編輯，完成各種模型的無縫對接效果，構(gòu)成城市實(shí)景三維模型效果。

5 結(jié)語

本文結(jié)合廣東云浮西江新城三維模型、數(shù)字高程模型制作項(xiàng)目，介紹了一種機(jī)載LiDAR技術(shù)與傾斜攝影測量技術(shù)相結(jié)合的城市實(shí)景三維建模方法。在此過程中不僅明確了機(jī)載LiDAR技術(shù)在三維建模中的實(shí)際應(yīng)用，還有效解決了傳統(tǒng)建模方式中的諸多不足。但從項(xiàng)目中的實(shí)際應(yīng)用來看，很多操作流程仍舊需要通過人工的方式來完成，其不僅會降低建模效率，還會增加建模的錯(cuò)誤率，影響建模構(gòu)建效果。因此，還需要進(jìn)一步完善和研究，從而提出更加有效、快速的技術(shù)及方法。