1、第 卷 第 期 年 月测绘与空间地理信息 ，收稿日期：作者简介：王 强（），男，湖北随州人，高级工程师，学士，主要从事测绘地理信息与 技术在交通工程中的应用工作。基于已有资料的倾斜摄影实景建模及 应用王 强（中铁长江交通设计集团有限公司，重庆）摘要：针对交通 应用场景中常遇到的 工程模型与倾斜摄影实景模型位置匹配不精准问题，深入分析路桥隧 模型和实景模型创建时所依据的地理信息资料情况，本文通过构建图形图像数据集改变传统像控点获取方式和实景建模流程，提出基于已有资料创建实景模型的方法，并在重庆市某高速公路改扩建工程 技术应用项目中进行了试验。结果证明了本文方法的可靠性和快速性，能够满足 模型和实
2、景模型结合的相关规范要求。关键词：倾斜摄影；图形图像数据集；像控点；中图分类号：文献标识码：文章编号：（）（，）：，：；引 言倾斜摄影实景建模是通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，从垂直、倾斜多个角度同步曝光采集影像，基于影像创建能真实反映地面的三维模型，作为三维可视化地理空间环境的基础。是建筑信息模型，将工程建筑的内、外部结构以三维模型的形式进行表达，并将与建筑相关的工程信息和资源都附着在模型上进行管理。在交通规划勘察设计中，关注的是路桥隧等建设项目对象，倾斜摄影实景模型关注的是地理空间环境，将二者集成可以充分发挥两种模型（数据）的优势，实现在真实的现场环境中进行 应用。模型与实景模型的集成
3、依赖于精确的位置匹配，两种模型只有基于同样的地理信息创建，才能实现工程与地形的紧密结合。路桥隧 模型根据设计成果创建，设计成果是由设计人员参考包括地理信息资料（主要是地形图、遥感影像）在内的工程资料制作的，即地理信息资料的质量决定了 模型的位置精度。像片控制测量决定着空三精度和地物目标在空间系统中的绝对位置，因而实景模型的定位精度取决于像控点成果。控制测量是交通工程所有测量工作的基础和依据，如图 所示两种模型的最终位置匹配效果取决于控制测量的质量和一致性。交通工程是一项系统性工程，涉及面广、建设周期长，应用场景也是复杂多样。在实际 应用时，会有下列情况使 模型与实景模型的创建难以使用同样的控制
4、信息：）工程可行性研究时，设计人员往往使用历史地理信息资料，相应 模型的位置信息也将与历史地形图等保持一致；倾斜摄影影像以前没有，需要现阶段新采集；像控点如果也新测量的话，因其现势性强，加上测绘技术的新发展，精度往往会高于历史资料，最终实景模型的精度也会高于 模型，不同位置精度的两种模型难以紧密结合。）项目施工阶段实施 应用时，由于工程运输和施工建设的需要，势必会对测量控制点造成辗压、破坏甚至移位，这样会给像控点的测量造成困难甚至是错误，最终会影响 模型和实景模型的结合。）初步设计或施工图设计投标时工期较紧，对于长大线路工程，传统获取像控点周期长且受天气等偶然因素影响大，如何节省像控点采集时间
5、也是许多生产单位亟待解决的问题。图 模型和实景模型定位依据 针对以上交通 应用中倾斜摄影实景建模的痛点、难点问题，本文以重庆市某高速公路 应用为例，改变传统像控点获取方式和实景建模流程，通过深层次挖掘已有的地理信息资料从中获取控制数据，实现对同一地区新获影像的空间定位，从而创建与已有资料同样精度的实景模型，为最终 的融合应用打下良好基础。已有地理信息资料的收集与处理在交通规划勘察设计的前期工作中已收集到大量与工程相关的各种地理信息资料，路桥隧 模型正是参考这些资料创建的。正确的处理这些已有资料是后续获取准确像控点信息的基础。地形图是地物位置形状和地表起伏形态在水平面上的投影图，是开展设计和施工
6、工作的重要参考资料。以地形图上表示的居民地、道路、水系等基本地理要素作为空间定位的平面坐标基准；以等高线和高程点作为空间定位的高程坐标基准。等高线和高程点只是表达了区域的部分高程值，不能计算落在二者之外的其他点的高程，不利于空间三维特性的分析和点位高程的获取，所以需要利用等高线和高程点建立数字高程模型。数字高程模型有多种表达形式，其中主要有规则矩形格网（）与不规则三角网（）两种，二者都是对等高线和高程点进行数据内插而形成的。适合表达非矩形的区域，常用于精细的、大比例尺的应用，故在交通工程中多选择建立 进行地形的表达。利用地理信息系统软件 提取居民地、道路、水系等要素，加上建立的不规则三角网，就
7、完成了图形数据集的建立。如果正射影像地面分辨率和现势性都良好的话可以直接使用该正射影像制作图像数据集；或者将获得的 数据作为航拍影像的初始外方位元素来地理定位，经过特征点提取与匹配、空三测量平差等操作，完成影像拼接，从而得到快拼图。通过坐标变换将正射影像和快拼图的坐标系统一到与图形数据集相一致。在 软件中将居民地、道路、水系等要素与快拼图（或正射影像）按图层加载到一起，由于数据源的多样性，栅格数据和矢量数据上的同名地物坐标之间会有差异，需要通过几何校正消除这种差异。几何校正是把图像的畸变看作是挤压、扭曲、缩放、偏移等作用的结果，选取畸变图像与标准地图或图像之间的对应点对建立空间变换关系，然后利
8、用此变换关系进行几何畸变的校正。参照图形数据集中的居民地、道路、水系等要素，在待校正影像和图形数据集要素上分别选择对应点对，利用 软件的几何校正模块 完成几何校正工作，最后将校正后的影像加载到 软件中建立图像数据集。图形数据集与图像数据集共同构成图形图像数据集，具体生产流程如图 所示。图 图形图像数据集生产流程 像控点信息获取图形图像数据集不仅具有地物的地理坐标信息，还能够以图像的形式直观展示地物的纹理特征和光谱特征，既便于人工目视判读，也适用于计算机的影像匹配自动获取同名点。在 软件中按照图层顺序（先居民地、道路、水系、高程点、等高线，后影像、）加载图形图像数据集，查询特征地物点的三维地理坐
9、标。基于已有资料的倾斜摄影实景建模中像控点的选取要遵循以下原则：）像控点要选在未发生变化区域，已有资料的现势性不强，而地表变化日新月异，可通过几何校正后的快拼图与图形数据集的套合来判断是否有变化；）像控点点位要尽可能接近等高线和高程点，因为像控点的高程值是从 读取的，而 是由等高线和高程点插值生成，故所选点的点位越接近等高线和高程点，高程值越准确；）点位分布要相对均匀、特征明显、数量足够。应用实例与结果分析 项目概况本文以重庆市某高速公路改扩建工程 技术应用项目为示例工程，对前述基于已有资料的倾斜摄影实景建模关键技术进行验证。高速公路全长约 ，要求建立全线道路、桥梁、隧道 模型和全线实景模型，
10、通过 模型与实景模型的结合，分析公路加宽和改扩建对周 测绘与空间地理信息 年边建筑物和地理环境的影响，可视化表达设计意图，辅助方案优化。项目组收集到资料包括施工图及竣工图、原设计文件、卫星遥感影像（部分）、地形图（国家大地坐标系）、起终点接线资料等，项目方案设计和 建模正是基于这些资料开展。项目区域地形地貌复杂，地形起伏较大，内有高层建筑和已建成山区高速公路。采用飞马智能航测系统 进行无人机倾斜摄影作业，获取实景建模所需航拍影像和高精度 数据，航拍面积约 ，影像地面分辨率 左右。技术步骤 图形图像数据集制作在 软件中，利用方案设计和 建模所参考的 地形图，提取居民地、道路、水系等要素，使用等高
11、线和高程点构建不规则三角网。通过飞马无人机管家智拼图模块将获取的航拍影像和 数据完成快拼图制作，利用 软件对快拼图进行坐标变换与几何校正，使快拼图影像与图形数据集之间同名地物精确套合。像控点信息获取和实景建模完成图形图像数据集的制作后，使用 公司的 软件对无人机倾斜摄影航拍影像进行空三加密和三维模型构建，主要有连接点提取、自由网平差、像控点量测、光束法区域网平差、模型重建等流程。像控点量测时，使用 软件加载图形图像数据集，读取影像明显的地物交角、地表标志线角点（比如斑马线的角点、房屋围墙内外拐角、花坛角点等）三维地理坐标。本项目沿路线走向共获取 个像控点。精度评定为了验证倾斜摄影实景模型的平面
12、精度和高程精度，以地形图数据为基准，读取实景模型和地形图上同名特征点（主要是道路夹角、墙体拐角等）的平面坐标信息检查平面精度；读取实景模型和地形图高程注记点同一点位（选取位于硬化道路及硬化地面的点位）的高程坐标信息检查高程精度。随机抽取的 个平面检查点精度见表；随机抽取的 个高程检查点精度见表。表 平面检查点精度表（单位：）（：）点号 残差 残差平面误差表 高程检查点精度表（单位：）（：）点号 残差 由以上两表数据经计算可以得出：平面坐标中误差是，其中最大误差是 ；高程坐标中误差是，其中最大误差是。根据三维地理信息模型数据产品规范（）中规定的三维模型产品的平面中误差标准和高程中误差标准，本项目
13、实景模型满足 级 比例尺三维模型产品的规范要求，相对于所使用的 地形图位置差异较小，因而 模型与实景模型可以很好地结合在一起。结束语为了使 模型和实景模型更好地进行位置结合，本文提出了一种基于已有资料创建倾斜摄影实景模型的方法，并利用重庆市某高速公路改扩建工程 技术应用项目进行了验证，结果证明利用本文方法创建的实景模型精度与建立 模型时使用的地形图精度基本一致，从而两种模型可以准确结合。结果表明本文方法既可以充分利用现有资料，又可以节省资金、节省时间，还能满足 应用实际需求，收到多、快、好、省的效果。参考文献：柳婷，陈小松，张伟 无人机倾斜摄影辅助 技术在城市轨道交通规划选线中的应用测绘通报，
14、（）：冯增文，李珂，李梓豪，等 低空无人机的倾斜摄影测量技术在城市轨道交通建设中的应用测绘通报，（）：王强 在桥梁初步设计中的应用土木建筑工程信息技术，（）：任晓春 铁路勘察设计中 与 结合方法讨论 铁路技术创新，（）：王玮 基于三维 的铁路 空间信息系统构建及其工程应用测绘通报，（）：张祖勋，张剑清 数字摄影测量学武汉：武汉大学出版社，杨亚彬，谢思梅，谢荣安 无人机倾斜摄影测量技术在不动产更新测绘中的应用测绘通报，（）：（下转第 页）第 期王 强：基于已有资料的倾斜摄影实景建模及 应用图 绝对误差对比图 由图 可知，二次曲面模型的绝对误差多数大于，移动曲面模型和 插值法的绝对误差大多不超过
15、，总体精度相当。结束语在介绍两种距离加权模型的基础上，通过两种距离加权模型的计算对比，发现距离加权模型对比二次曲面模型的精度提升了 以上；种距离加权模型中，虽然平均绝对误差都在 左右，但 插值法精度更高，计算更为快速，因此更适合快速确定高程异常值。针对 插值法的计算特点，可以在实际应用中考虑增加已知点的选择个数，并尝试使用多种次数的取值，以获取更优的高程异常拟合值。参考文献：董洲洋，徐卫明，庄昊，等基于深度学习的 水准拟合方法测绘科学，（）：赵亮，杜玉祥，周星甘肃省新似大地水准面精化模型精度分析测绘标准化，（）：李善军，刘辉，苏勇，等适用于工程测量三、四等水准要求的 水准方法研究全球定位系统，
16、（）：谢萌丽，姜永涛，刘国仕小区域 高程异常拟合方法研究全球定位系统，（）：胡贝分区拟合法构建区域似大地水准面测绘技术装备，（）：吕建伟，张志华，张新秀，等二次曲面与最小二乘配置的组合模型在 高程异常拟合中的应用测绘通报，（）：，韩子清，郭杨亮，马瑞娟，等多面函数在 高程拟合中的应用四川有色金属，（）：，袁浩涛，张欢欢，张俊利用半参数模型精化二次曲面 高程异常拟合模型测绘与空间地理信息，（）：杨帆，王小兵，谢洋洋，等灰色神经网络在 高程拟合中的应用 导航定位学报，（）：，杨昆仑顾及 重力场模型的 高程拟合应用探讨测绘技术装备，（）：编辑：任亚茹（上接第 页）高帅城市轨道交通工程首级平面控制网的测设及数据处理城市勘测，（）：曹极昌，钟录平，杨继辉，等 一种施工现场坐标控制点保护装置：赵筱榕，刘津 基于控制点影像数据库的国产卫星影像几何纠正测绘通报，（）：陈香，徐卫民，王金玲，等 天津市域 快速制作流程的关键技术分析城市勘测，（）：，王晋，张勇，张祖勋，等 激光高程点辅助的天绘一号卫星影像立体区域网平差测绘学报，（）：王建梅，朱紫阳 利用已有像控点的多期航空影像光束法区域网联合平差测绘学报
