徕卡RCD30倾斜相机在城市实景三维模型制作中的方法研究及其应用

张 峰，桑夺坤

(1. 辽宁省基础测绘院，辽宁 锦州 121003； 2. 海克斯康测绘与地理信息系统(青岛)有限公司，湖北 武汉 430072)

徕卡RCD30倾斜相机在城市实景三维模型制作中的方法研究及其应用

张 峰1，桑夺坤2

(1. 辽宁省基础测绘院，辽宁 锦州 121003； 2. 海克斯康测绘与地理信息系统(青岛)有限公司，湖北 武汉 430072)

倾斜摄影测量是近年来国内外测绘领域发展起来的高新技术。倾斜航摄仪结合高精度的GNSS IMU获取倾斜影像及定位定向数据，经过相关的软件处理，最终可建立地物的三维模型。目前，国内外已经陆续推出了一系列倾斜相机，如RCD30 Oblique、AOS、SWDC5等。另外，相关三维建模软件也逐渐推出，如Street Factory、Smart 3D、HxMap RealCity等。

本文结合项目数据，阐述了使用徕卡RCD30倾斜相机获取数据，并利用Street Factory软件进行实景三维模型构建的方法，以为此类项目提供参考。

1 技术方案

技术流程主要包括2部分：一是倾斜影像的获取和像控点布设；二是实景三维模型生产。其中，倾斜影像获取主要包括：航摄方案设计、检校场选取、航摄仪安装测试、地面基站布设、项目区及检校场倾斜影像获取、数据处理及像控点布设；实景三维模型生产包括数据整理、影像匀光、自动点匹配、空中三角测量及三维建模。

1.1 倾斜影像获取和像控点布设

1.1.1 测区航摄方案设计

航线一般按平行于测区轮廓长边的方向而定，航线间距使用DTM辅助，计算重叠度并依此确定航线间距，完成航线的敷设工作。航向重叠度、旁向重叠度≥70%。

根据航摄仪的技术规定，基站位置在测区最远点50 km以内，可选用测区附近的国家GPS B、C级点或同等级国家控制点，用于解算GNSS IMU数据。

1.1.2 检校场设计

航摄仪在每次重新安装时都需要检校，重新解算视准轴误差。检校场质量好坏直接影响视准轴误差值的精度，进而影响后期数据处理的质量。

1.1.3 航摄数据内业处理

内业流程主要包括：①数据下载和数据检查；②GNSS IMU数据解算；③检校场数据解算；④输出影像的外方位元素。

1.1.4 像控点测量

像片控制点按每平方千米1个点均匀布设，外围的像控点尽量布设在测区边缘。不同分区的像控点尽量共用。当测区范围内有不规则的凹凸区域时，应在凸角处增补控制点。

1.2 实景三维模型构建

1.2.1 资料整理

分析测区建筑物高程、地形、河流等信息，根据航摄信息拟定建模参数和相机参数；根据航片数据量和可用磁盘空间对建模区域进行分区，每个分区航片数控制在10 000张左右；根据分区准备控制点、检查点，保证接边区域有足够的控制点。

1.2.2 影像匀色匀光处理

影像在大范围内，颜色和色调基本保持一致。直方图大致成正态分布，红、绿、蓝三通道信息分布均匀。影像纹理清晰，色差适中，无影像信息损失，特征地物点能够准确识别。

1.2.3 三维模型建模范围框定和数据导入

根据测区情况，在要求成图范围的基础上，外扩30 m作为生成模型的实际范围，并导入系统。根据影像POS信息建立工程，将影像数据导入软件。

1.2.4 提取同名点

根据影像数量进行分区，分区之间的重叠区域默认为100 m，对每个分区进行同名点匹配，并验证同名点提取密度，如有不足，手动进行添加。

1.2.5 空中三角测量

(1) 子区域网空中三角测量。提高空中三角测量的效率，通过区域网的大小及像控点布设情况，划分子区域进行子区域网空中三角测量。子区域网的所有视角影像之和一般不超过10 000张，并且对于垂直航线方向重叠的区域网，需要至少重叠一条航线；对子网进行连接点匹配、平差计算、粗差点剔除等操作，直至连接点的像方误差、数量、分布、重叠度等达到要求。

(2) 测区整体空中三角测量。所有子区域网完成平差计算之后，将所有子网进行区域网合并，并将所有连接点进行合并。然后，转刺像控点与检查点，进行测区的整体区域网平差计算。通过平差计算、点位调整等操作，直至结果满足要求，提交空中三角测量成果并输出。输出成果包括调整后的外方位元素与影像，以供后续创建三维模型使用。

1.2.6 建立三维模型

使用调整后的空中三角测量成果与影像，根据工程指定的范围与预设的tile大小，设置合适的参数，利用街景工厂进行影像金字塔构建、立体像对创建、点云匹配、不规则三角网构建、三角网优化简化，完成三维模型的自动创建与纹理的自动关联。

1.2.7 模型打包输出

设定输出坐标系，高斯投影为3°分带，将生成的模型输出成通用的OSGB格式。

1.2.8 模型修补

自动化大批量三维建模的成果在局部会出现一些问题，需要对模型成果进行检查，并对成果中产生的空洞、缺失或变形的I级建筑物和水面等进行修补，以保证模型的美观和完整。

1.2.9 模型投影高程转换

将大地高成果的模型利用自带高程转换程序，将高程转换为水准高。

1.2.10 模型的精度分析

为分析模型的三维精度，使用GPS RTK采集了大量的检测点，采集地物点的点位坐标分析模型平面精度，采集地貌高程点和建筑物高度点分析模型高度精度。

2 试验区精度分析

2.1 试验区概况

试验区位于辽宁省营口市，测区内主要地形为平地，最高建筑约160 m。试验数据采用徕卡RCD30倾斜相机获取倾斜影像，倾斜摄影参数见表1。

表1 航摄基本情况

2.2 倾斜影像数据获取和像控点测量

测区架设的地面基站选用全省B、C级网中C级LC309号点，该点位满足技术规范要求。航摄完成后，使用徕卡Inertial Explorer软件，采用DGPS差分技术，解算完成后对数据精度进行评估。像控点按每平方千米1个的密度均匀布设，共测量像控点202个。

2.3 实景三维模型制作

测区面积150 km2，共45 345张航片，超出软件推荐的单一分区范围。考虑到建模效率、Street Factory硬件存储限制及测区的实际情况，将整个测区划分为12个子分区，每个子分区5000张航片左右，各子分区的重叠度为100 m；然后将子分区分别合并，形成3个分区，分别对大分区进行自由网和控制网平差及后续的模型制作，每个分区的航片控制在18 000张以内。

在控制网平差时，选取了像控点中的1/3，共68个点作为检查点。经检验，3个区域中控制点残差最大值X为0.028 6 m、Y为0.024 m、Z为0.29 m；检查点残差最大值X为0.095 3 m、Y为0.094 7 m、Z为0.238 m，空中三角测量精度满足规范要求。

2.4 实景三维模型成果及精度分析

试验区布设像控点202个，精度满足技术设计要求，使用Street Factory软件通过自动化生产的方式，完成了试验区内实景三维模型的制作(如图1所示)。

图1 三维模型

精度验证：分3类要素对模型进行了实地检测，采集了大量的数据信息，检测地物点平面坐标7797个、地貌高程点5711个、建筑物高度点1211个。统计真值与计算值之间的误差，得到了实景三维模型的精度，见表2。

表2 模型精度统计 m

3 结束语

本文基于徕卡RCD30倾斜相机进行了倾斜影像数据获取并使用Street Factory软件进行了数据处理和实景三维模型的构建，总结出了完整的技术流程和作业方法。应用此方法在试验区进行生产，成果经各级质量检查满足精度要求。本文总结的技术方法科学规范，能够对类似项目的实施提供参考。

(本专栏由徕卡测量系统和本刊编辑部共同主办)