倾斜摄影建模及测图技术解决方案

1、*有限公司* II目录TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark0 1、倾斜摄影基本原理1 HYPERLINK l bookmark2 2、技术依据2 HYPERLINK l bookmark4 3、软硬件配置3 HYPERLINK l bookmark6 飞机3 HYPERLINK l bookmark8 相机4 HYPERLINK l bookmark10 备用设备5 HYPERLINK l bookmark12 4、总体技术方案7 HYPERLINK l bookmark14 技术流程7 HYPERLINK l bookmark16 主要工序作业方法8 HYPE

2、RLINK l bookmark18 航飞方案设计8 HYPERLINK l bookmark20 航高设计8 HYPERLINK l bookmark26 航线设计9 HYPERLINK l bookmark28 像控测量9 HYPERLINK l bookmark30 像控布设9 HYPERLINK l bookmark32 像控点联测10 HYPERLINK l bookmark34 航空摄影11 HYPERLINK l bookmark36 空三加密12 HYPERLINK l bookmark38 全自动三维建模13模型修饰14三维测图16 HYPERLINK l bookmark4

3、4 新建工程17数据转换17 HYPERLINK l bookmark48 模型加载18三维立体测图19 HYPERLINK l bookmark52 5、效率评估20 HYPERLINK l bookmark54 6、质量管理21 HYPERLINK l bookmark56 质量检查内容21 HYPERLINK l bookmark58 航空摄影21 HYPERLINK l bookmark60 像片重叠度21 HYPERLINK l bookmark62 像片倾角21 HYPERLINK l bookmark64 像片旋角21 HYPERLINK l bookmark66 摄区边界覆盖保

4、证21 HYPERLINK l bookmark68 航高保持22 HYPERLINK l bookmark70 漏洞补摄22 HYPERLINK l bookmark72 飞行记录资料22 HYPERLINK l bookmark74 影像质量22 HYPERLINK l bookmark76 像控测量22 HYPERLINK l bookmark78 布设方案23 HYPERLINK l bookmark80 像控选点23 HYPERLINK l bookmark82 联测结果23 HYPERLINK l bookmark84 杆高处理23 HYPERLINK l bookmark86 空

5、三加密23 HYPERLINK l bookmark88 三维实景模型23 HYPERLINK l bookmark90 空间参考系24 HYPERLINK l bookmark92 位置精度24 HYPERLINK l bookmark94 表达精细度24 HYPERLINK l bookmark96 三维测图24 HYPERLINK l bookmark98 数学精度24数据及结构正确性24 HYPERLINK l bookmark100 地理精度25 HYPERLINK l bookmark102 整饰质量25 HYPERLINK l bookmark104 质量保证措施25 HYPER

6、LINK l bookmark106 7、成果提交27 1、倾斜摄影基本原理通过传统摄影测量的飞机飞行方式，增加向前后左右四个方向的传感器镜头，同时拍摄一组正摄和四个倾斜等五个不同角度的像片，拍摄像片时，同时记录航高，航速，航向重叠，旁向重叠，坐标等参数，然后对倾斜影像进行分析和整理。在一个时段，飞机连续拍摄几组影像重叠的照片，同一地物能够在多张像片上被找到，这样内业人员可以比较轻松地分析建筑物的结构，并且可以选择最为清晰的一张照片制作细部纹理。图1-1无人机倾斜航摄示意图2、技术依据CH/T3006-2011数字空摄影测量控制测量规范；CH/Z3003-2010低空数字航空摄影测量内业规范；

7、CH/Z3004-2010低空数字航空摄影测量外业规范；CH/Z3005-2010低空数字航空摄影规范；GB/T23236-2009数字航空摄影测量空中三角测量规范；GB/T18314-2009全球定位系统（GPS）测量规范；CH/T2009-2010全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范；GB/T7930-20081：5001：10001：2000地形图航空摄影测量内业规范；GB/T7931-20081：5001：10001：2000地形图航空摄影测量外业规范；GB/T20257.1-2017国家基本比例尺地图图式第1部分1：5001:10001:2000地形图图式；GB/T18316-

8、2008数字测绘成果质量检查与验收；GB/T24356-2009测绘成果质量检查与验收；CH/T9024-2014三维地理信息模型数据产品质量检查与验收。3、软硬件配置目前公司主流倾斜航测设备清单如下。表3-1设备清单分类设备名称型号数量用途测绘设备RTKAshtechZXtreme13像控测量无人机大疆DJIM300RTK1航摄相机睿铂DG31航摄计算机类台式机组装机4倾斜建模笔记本DELL10航飞、像控移动硬盘2T10数据拷贝交通工具SUV3航飞、像控实景建模软件ContextCapture4空三、建模三维测图软件EPS8三维测图3.1飞机飞行平台采用DJIM300RTK。该款飞机是大疆最

9、新发布的旗舰级四旋翼飞行平台，该平台具有长续航（55min）、高精度（实时差分）、强载重2.7Kg）、多用途（倾斜、热红外监测、正射、视频）等特点，是目前市面上性能最强的旋翼平台。示意图及详细设备参数如下。图3-1DJIM300RTK表3-2DJIM300RTK设备参数DJIM300RTK产品类型四轴飞行器产品定位专业级飞行载重2.7kg悬停精度垂直：0.1m,水平：0.1m旋转角速度俯仰轴：300/s,航向轴：100/s升降速度最大上升速度：6m/s最大下降速度：5m/s飞行速度23m/s（无风环境）飞行高度5500m轴距895mm3.2相机航摄相机采用睿铂DG3。该款是目前睿铂全系列倾斜摄

10、影相机里综合性能较好的一款设备，具有重量轻、体积小、焦距合理、兼容性高、维护成本低等一系列优点，且DG3内置散热和除尘系统，能够保证相机在高温环境下长时间作业。DG3几乎能被市面上所有的工业级无人机挂载，既可以搭载于小型电动固定翼做大面倾斜数据采集，也可以安装在各种多旋翼无人机上做高精度倾斜数据采集，其镜头针对测绘要求经过特殊工艺打磨，性能完全满足各类测绘项目需求。图3-2睿铂DG3相机具体性能参数如下所示。表3-3睿铂DG3设备参数相机外形尺寸170*160*80mm相机整体重量690g传感器尺寸23.5X15.6mm相机总像素三1.2亿最小曝光间隔：W0.8s相机曝光方式等时/等距曝光相机

11、供电方式统一供电数据预处理SKYSCANNER(GPS/IMU)存储器总容量5*128GB=640GB焦距28mm3.3备用设备除以上常规作业设备外，公司还具有类型多样、功能丰富、性能良好、数量充足的备用设备，可按需随时抽调使用，如下表所示。表3-4备用设备清单序号类型名称数量用途1无人机ZT-3VS（自主研发）2倾斜航摄2大疆S10001倾斜航摄3天途TTAM8A1倾斜航摄4大疆精灵4PR01倾斜航摄5相机京航倾斜三号（五镜头集成相机）1倾斜航摄GoProHERO41全景相机6索尼a7R3倾斜航摄7索尼a7R22倾斜航摄4、总体技术方案技术流程倾斜航测的主要阶段包括测区踏勘、航飞方案设计、像

12、控测量、航空摄影空三加密、全自动三维建模、模型修饰、三维测图等。整体流程图如下。图4-1整体技术流程图4.2主要工序作业方法421航飞方案设计航飞方案设计主要包括航飞高度设计和航线设计。方案设计应明确任务范围、影像分辨率、航摄方法、技术参数、成果类型及精度、航摄时间等基本内容,制定实施计划。4.2.1.1航高设计航飞高度与选用的倾斜相机焦距、项目要求的地面分辨率直接相关。航高设计示意图如下。图4-2航咼设计示意图航高计算公式为:afGSI)h式中：hE行高度f镜头上距包一像元尺寸GSD-地丽分辨率根据以往项目经验，地面分辨率宜设计为所成模型精度中误差要求的1/3。因本次航飞选用的相机为睿铂DG

13、3型号，焦距为28毫米，若当项目要求垂直摄影地面分辨率为1.5cm，依照公式计算可得航飞高度约为95米。4.2.1.2航线设计航线设计应根据现场建筑物的高度、分布、测区形状等因素综合考虑，航线应根据摄区走向按直线方法敷设，平行于摄区边界线的首未航线必须确保侧视镜头能获得测区有效影像。采用双镜头布设航线时需东西航线布设后再进行往返飞行，保证多角度获取倾斜摄影影像。航线敷设应满足下列要求：航向覆盖超出摄区边界线至少3条基线(摄影进点与摄区边界距离应大于HX(2tg。前视+tg。后视)，摄影出点与摄区边界距离应大于HX(2tge后视+tge前视)。分区边界覆盖应满足分区模型生产的要求。像片航向重叠度

14、一般设计为70%80%,旁向重叠度一般设计为50%80%。航摄中出现的相对漏洞和绝对漏洞均应及时补摄，应采用前一次航摄飞行的数码相机补摄,补摄航线的两端应超出漏洞之外的两条基线。按照设计航高飞行,实际航高与设计航高之差不应大于50米。同一航线上相邻像片的航高差不得大于30米,最大航高与最小航高之差不应大于50米。同一分区内的地形高度差在保证影像地面分辨率及相邻像对正确连接的情况下,一般不大于1/4航摄航高。4.2.2像控测量4.2.2.1像控布设像片控制点是航测内业加密和测图的依据。一般情况下像片控制点采用基于CORS网络RTK技术施测，所有点位均布设为平高点。像片控制点按区域网布设,由于倾斜

15、摄影重叠度高、有多视角影像,计算机密集点云数据匹配功能强等，外业布设像控点位基线跨度可适当放宽，但在加密过程中检查点精度需满足相关精度指标。鉴于目前使用的软件在空三加密区域网平差计算上已具备先进完善的功能，区域网大小根据航摄飞行情况、地形情况、计算机运算能力等进行综合划分，区域网之间的像片控制点应尽量选择在上、下航线重叠的中间，相邻区域网尽量公用像控点。（4）像控点应选择刺于影像清晰，易于判别的位置，如交角良好的细小线状地物的交点、明显地物拐角点等，同时应是高程变化较小的地方，易于准确定位和量测。（5）像控点采用统一编号，平高像片控制点冠以“P”，流水进行编号。如:P001、P002等。（6）

16、像控点的布设宜采用地面喷漆的方式进行，在短时间内不易被破坏、磨损及变形。喷漆颜色应地面有较大反差，在影像上易于判别。（7）根据项目经验，像控点以2万像素至4万像素布设一个为宜。图4-3像控标志示意图4.2.2.2像控点联测（1）像控点联测采用采用基于CORS网络的RTK作业方式联测。利用似大地水准面数据直接求定像控点高程。（2）利用GNSS网络RTK作业模式进行像控测量时，应联测测区内高等级控制点，以提高成果的可靠性。（3）GNSS网络RTK作业时应遵循以下要求：1）卫星截止高度角15；2）观测可用卫星个数三5；3）PDOP值W6；4）RTK观测前应设置平面收敛阈值不应超过2cm，垂直收敛阈值

17、不应超过3cm；观测次数三2,每次观测应重新初始化；5）采用三角支架对中整平，每次观测历元数应不少于10个；6）各次测量的平面坐标分量较差不应大于2cm,高程较差不应大于3cm,各次结果取平均数作为最后成果。（4）像控点联测结束后的坐标应及时展点检查,防止出现粗差,确保下工序的空三加密能得以顺利进行。4.2.3航空摄影航空摄影即航飞方案的执行阶段。（1）飞行前对使用的设备、材料进行认真检查,确保设备安装和各项设置正确无误；（2）航摄现场负责人要严格掌握天气情况,确保符合航飞方案设计要求；（3）飞机及人员抵达测区后,立即安排试飞试照工作,为正式作业做好准备工作；（4）航摄时间宜控制在上午10:0

18、0至下午15:00之间,确保有足够的光照度，摄影时太阳高度角应大于45,阴影不大于1倍。高层建筑物密集区域应在当地正午前后1h内摄影。（5）航摄结束后应及时对像片质量进行检查。（6）影像成果应当成像清晰,反差适中,颜色饱和,色彩鲜明,色调一致相同地物的色彩基调基本一致。有较丰富的层次,能辨别与地面分辨率相适应的细小地物影像,能够建立清晰的立体模型。（7）影像上不应有云、烟、污点、大面积反光、大面积阴影等缺陷。部分像片存在少量缺陷但不影响立体模型的连接和三维模型建立,可以用于三维模型生产。（8）航摄影像出现的相对漏洞和绝对漏洞均应及时安排补摄和重摄。漏洞补摄应按原设计要求进行,补摄的设备应采用前

19、一次航摄设备。补摄航线的两端应超出漏洞之外两条基线以上。4.2.4空三加密宜采用ContextCaptureCenter软件或其他适用于多视角航空摄影测量空三加密的专业软件进行处理。具体流程图如下。图4-5空三加密流程图（1）在空中三角测量前，先对原始影像进行预处理，主要是对原始影像进行色彩、亮度和对比度的调整和匀色处理。匀光匀色处理应缩小影像间色调差异使色调均匀，反差适中，层次分明，保持地物色彩不失真，不应有处理痕迹。（2）将相机参数、预处理后影像、pos文件、像控坐标等数据导入软件建立工程。（3）软件自动进行多视角影像特征点密集匹配，并以此进行区域网的自由网多视影像联合约束平差结算，建立在

20、空间尺度可以适度自由变形的立体模型，完成相对定向。（4）将外业测量的像控点在软件中转刺，利用这些点的坐标对区域网模型进行约束平差解算，将区域网纳入到精确的大地坐标系中，完成绝对定向。（5）绝对定向结束后应及时查看精度报告，对精度超限的像控点进行原因分析，适当调整像控点位后重新平差计算，直至所有点位结果符合项目精度要求。LtflUh-WAXlLtflUh-WAXl图4-6特征点匹配完成界面图4-7空三加密刺点界面425全自动三维建模宜采用ContextCaptureCenter软件在计算机集群下进行全自动三维建模。在CC软件中完成空三后，直接提交模型生产，软件自动执行三维TIN格网构建、白体三维

21、模型创建、纹理映射和三维场景构建等步骤，最终生成实景三维模型。模型格式可选择osgb、obj、stl等多种类型，以适合后续不同处理软件的需要。此外，模型生产结束后，还可以导出DOM、DSM等多种成果。生产的模型应满足以下要求：（1）三维模型是根据倾斜影像匹配确定体块构模而成，地形、建筑物等模型一体化表示，模型的纹理以获取的航空影像表现。建筑物三维体块模型应完整,位置准确、具有现实性，应与获取的航空影像表现一致。（2）建筑物三维模型应精准反映房屋屋顶及外轮廓的基本特征。在合适的视点高度下浏览模型，模型没有明显的拉伸变形或纹理漏洞。当所在区域建筑物较为密集，或建筑物高度较高，存在相互遮挡时，则无法

22、获取遮挡部分建筑物的侧视纹理，相应的模型无法表现其全部的细节，允许出现局部位置的拉伸变形。（3）建筑物模型的高度与平面尺寸应与实际保持一致的比例，建筑物模型高度误差不超过10%，并且完成的三维图像能够清晰的分辨重点部位纹理情况。图4-8三维实景模型示意图426模型修饰由CC软件直接生成的实景三维模型可能会存在水面破洞、漂浮物、漏洞、扭曲等问题，因此为了提升美观度，需要对模型进行一定程度上的修饰。宜采Geomagic、PhotoScan等模型处理软件进行修饰。处理功能主要包括以下这些。（1）3DTIN漏洞、水面破洞、缺失结构修复；（2）粘连结构的分离及模型复原；（3）扭曲结构直线化处理；（4）漂

23、浮物、冗余物体的删除；（5）错误纹理修复编辑；(6)纹理色彩一致性处理。图4-10缺失结构修复图4-93D漏洞修复图4-11扭曲结构线拉直处理42三维测图宜采用EPS软件进行三维测图。EPS软件最大的特点在于“图库一体化”，即同一套数据可导出线划图成果，亦可导出库体成果，极大的减少了内业工作量。利用倾斜模型进行三维测图的具体流程如下。图4-13流程图4.2.7.1新建工程根据项目要求，在新建工程时，选择所需要的EPS软件功能模块，确定合适的测图比例尺、符号化模板、地物编码。同时，软件也支持自定义各类符号和地物编码，以适应地方的特殊需要。工世台面帀懐台面售称确快选择二删倒SSFarestry林北

24、处理SSyadnEiMf地團煤舍SELirJcJI4R4立体测图SSLinkirtuoZaVirkuoZ.j/ft训恂ISSRkfMttfiuBS天匡最立体SW3Ar-iSDEK匕也E更列处退MiflraQISHict-jCISSSGISB地理信层手纯可启否是nosssnviw三雉京先SSPjiTtCloni百云二錐於囹殆亦乩虫且摄出二塔ii!国空血Lgua帧斟掲脳三般闽琏右瓊畅2二咋呦詮图4-14选择工作台面4272数据转换由CC软件生成的osgb格式的模型并不能直接导入EPS软件，需要进行数据转换。利用倾斜三维模型的瓦片数据和metsdata.xml文件生成DSM文件即整个转换过程。在EP

25、S软件中选择osgb数据转换命令，将源数据路径制定到倾斜模型数据的data文件夹即可。转换完成后，会在原路径下生成一个DSM文件，示意图如下。图4-15osgb数据转换示意图4.2.7.3模型加载数据转换完成后，加载生成的DSM文件，即可将倾斜模型加载至三维窗口下,且二、三维窗口场景联动，可同时定位、放大和缩小，任何操作都会在两个窗口实时显示。EPS支持海量倾斜模型数据的加载，读取速度、拖动浏览、采集时缩放等操作均可极速呈现，保证作业的流畅程度。主负垂当糕銮槻呈羽琲（B5按即頼民冷頸且五点圧:JC虹电壬龄资卸韓云款楣曲畛虫数ta史Hl返m：卜餐耳-OifL-*阿-呂會亠WEEEffi空境!U過

26、廿匹毗B1utti3图4-16模型加载过程示意图4274三维立体测图在三维窗口加载倾斜模型后，即可在软件中进行裸眼三维立体测图，无需佩戴立体眼镜。EPS提供基础的绘图功能包括加点、加线、加面，亦可查询地物编码，选择合适的地物要素进行绘制。通常作业员可切换到俯视视角绘制交通、水系、植被等要素，提高绘制效率；亦可切换到45。视角，沿墙面直接绘制居民地等要素，节省外业调绘工作量。同时，软件可以自动提取地面高程值信息，用于绘制图中的等高线、高程点等要素。在三维窗口采集要素的同时，可随时切换到二维窗口对数据进行编辑。常用的功能有延伸、打断、复制、移动等等。此外，还有丰富的专业编辑功能，如面分割，符号编辑

27、、快速构面、跟踪绘制等等，完全满足各种类型地物的绘制需要。三维立体测图完成后，可根据需要导出制图成果或数据库成果。按照预先制定好的对照表，导出的成果可分别无缝对接CAD、Arcgis等专业软件，无需再次编辑，实现真正的图库一体化。,-r.vuIID13电3Til.J.U1.TrtXlI-I.IA-TMH1警針蒼昂r閘阳：gWrMH1HU-3firaMMWILV.-HI图4-17三维立体测图示意图5、效率评估以下结果为采用大疆M300RTK无人机、睿铂DG3相机进行航摄，按地面分辨为1.5cm进行作业时的效率评估。表5-1效率评估序号工序效率1航飞约1平（每天每机组）2空三约0.06平（每天每节

28、点）3建模约0.04平（每天每节点）4测图约0.06平（每人每天）6、质量管理质量检查内容6.1.1航空摄影航空摄影质量检查内容应包括以下项目。6.1.1.1像片重叠度像片重叠度应按设计执行，一般情况下航向重叠度设计为70%80%，旁向重叠度一般设计为50%80%。6.1.1.2像片倾角像片倾角一般不大于5，最大不超过12，出现超过8的片数不多于总数的10%。6.1.1.3像片旋角像片旋角一般不大于15，在确保航向和旁向重叠度满足要求的前提下，个别最大旋角不超过30，在同一条航线上旋角超过20的像片数不应超过3片，超过15的旋角像片数不得超过总数的10%。6.1.1.4摄区边界覆盖保证航向覆盖

29、超出摄区边界线至少3条基线（摄影进点与摄区边界距离应大于HX（2tg。前视+tg。后视），摄影出点与摄区边界距离应大于HX（2tg。后视+tge前视）。分区边界覆盖应满足分区模型生产的要求。航高保持（1）按照设计航高飞行，实际航高与设计航高之差不应大于50米。同一航线上相邻像片的航高差不得大于30米，最大航高与最小航高之差不应大于50米。（2）同一分区内的地形高度差在保证影像地面分辨率及相邻像对正确连接的情况下，一般不大于1/4航摄航高。漏洞补摄航摄影像出现的相对漏洞和绝对漏洞均应及时安排补摄和重摄。漏洞补摄应按原设计要求进行，补摄的设备应采用前一次航摄设备。补摄航线的两端应超出漏洞之外两条基

30、线以上。飞行记录资料每次飞行结束，应填写航摄飞行记录表。影像质量（1）影像成果应当成像清晰，反差适中，颜色饱和，色彩鲜明，色调一致，相同地物的色彩基调基本一致。有较丰富的层次，能辨别与地面分辨率相适应的细小地物影像，能够建立清晰的立体模型。（2）影像上不应有云、烟、污点、大面积反光、大面积阴影等缺陷。部分像片存在少量缺陷但不影响立体模型的连接和三维模型建立，可以用于三维模型生产。6.1.2像控测量像控测量质量检查内容应包括以下项目。6.1.2.1布设方案像控布设方案应科学合理，像控数量、分布均能满足区域网控制要求。6.1.2.2像控选点（1）像控点的布标应清晰明显，在像片上呈现应易于判别，颜色

31、锐利，无模糊、圆角等情况；（2）像控选点位置宜能公用，一般布设在航向及旁向六片或五片重叠范围内；6.1.2.3联测结果所有像控点联测结果均应为固定解，且多次测量结果波动不大，取平均值作为最终联测成果。6.1.2.3杆高处理核对所有像控坐标与照片的对应情况，所有像控坐标结果应已进行杆高处理。6.1.3空三加密空三质量检查内容应包括以下项目。（1）采用的数据源（相机参数、控制成果等）正确。（2）像控点刺点位置准确、数量充足。在多种镜头角度的像片上均有刺点（3）像控点、检查点的中误差、最大限差等平差结果符合各项精度要求。6.1.4三维实景模型三维实景模型检查内容应包括以下项目。6.1.4.1空间参考

32、系三维模型的大地基准、高程基准、地图投影等空间参考系要素符合要求。6.1.4.2位置精度通过像控点、检查点、实测特征点位、边长检测等多种方法检查三维实景模型的位置精度，主要包括平面位置精度、高程位置精度、模型自身相对位置精度等。6.1.4.3表达精细度模型表达精细度与像片地面分辨率有直接关系。检查最终模型成果的细致部位结构（如门窗、井盖等）表达程度是否清晰可辨、比例协调，是否满足项目要求；检查最终模型成果的纹理映射结果是否正确，比例是否协调，是否存在拉花变形等情况。6.1.5三维测图6.1.5.1数学精度检查数字线划图成果的数学基础、平面精度、高程精度是否按项目要求精度执行，是否存在超限情况。

33、一般不能有精度超限、要素遗漏、要素多余、几何位移、节点错误、多边形错误、数字化方向错误等。6.1.5.2数据及结构正确性检查内容包括文件命名、数据组织、数据格式、要素分层、属性内容及代码、接边质量、矢量拓扑关系处理等的正确性和完备性。如等高线和高程点之间的点线矛盾情况。6.1.5.3地理精度检查内容包括地理要素的完整性、协调性；注记和符号的正确性；地理要素表示时综合取舍的合理性等等。如行政村名、道路名、双线河名等名称注记错漏；居民地面凹凸小于一定数值时的取直表示；比高在2倍等高距以上，图上长度超过10cm的陡坎错漏等。6.1.5.4整饰质量检查内容包括符号、线划、色彩的表示合理性和质量；注记质量；图面要素的协调性；图面和图廓外的整饰质量。如图名、图号同时错漏；部分符号、线划、注记规格不符合图式规定，压盖较多等情况。质量保证措施（1）严格执行制度为保证项目的成果质量，我单位在ISO9001质量管理体系框架下，严格执行“二级检查和一级验收”和“项目负责”制度，建立严格的成果质量控制，并编写质量检查报告。“二级检查”是指部