基于倾斜摄影城市三维模型质检系统的实现与应用_翟成森.pdf

第 卷 第 期 年 月测绘与空间地理信息 ，收稿日期：作者简介：翟成森（），男，山东青岛人，工程师，硕士，年毕业于山东科技大学大地测量学与测量工程专业，主要从事测绘数据处理及测绘产品质量检验工作。基于倾斜摄影城市三维模型质检系统的实现与应用翟成森（山东省国土测绘院，山东 济南）摘要：随着国家“十四五”基础测绘规划编制工作的进行和“实景三维中国建设项目”的推动，越来越多的城市开展了基于倾斜摄影城市三维模型的建设工作，伴随而来的，城市三维模型的质检工作也愈发重要。本文主要利用三维模型质检系统，完成对城市三维模型的质量检测，并结合实例对基于倾斜摄影城市三维模型质检存在的问题进行分析研究。关键词：倾斜摄影；城市三维模型；质量检验中图分类号：文献标识码：文章编号：（）（，）：，：；引 言三维模型数据作为一种新型的地理信息数据，将成为构建智慧城市、实现城市精细化管理的核心基础数据。基于倾斜摄影的城市实景三维模型是通过倾斜摄影、全景拍摄和激光 等数据采集方式，利用计算机视觉原理重建目标对象的三维结构和纹理，对带坐标姿态信息的多源数据进行几何处理、多视角匹配、三角网构建以及纹理映射等得到。对比传统建模方式，基于倾斜摄影的城市三维建模具有生产周期短、效率高、费用低、模型效果逼真等优点，所以基于倾斜摄影的城市三维建模方式成为目前实景三维建模最常用的方法。伴随而来的，该类测绘产品数据不断增多，其成果质量也越发不容忽视。相应地，对测绘成果质检机构的质检压力也逐年倍增，且难度不断增大。因此，根据倾斜摄影城市三维模型数据特点，探究计算机辅助质检系统，提高城市三维模型质检速度是当前质检人员面临的重要问题。基于倾斜摄影城市三维模型质检系统的构建 系统目标本系统的建设目标是从质检工作实际出发，采用以需求为导向的方式，根据三维地理实体数据测绘规范要求，在优化规范质检流程的基础上，研究以计算机辅助质检为基础，配合人机交互方式进行，最大限度地减少人为操作，实现三维地理实体数据数学精度的自动化统计、纹理表达精细度的检验以及质检记录的可回溯，达到质检记录自动化输出的效果，进一步提高质检效率，规范三维实体数据质检工作。系统结构整个系统以常规的质检业务需求和三维实体数据相关测绘标准规范进行组织和设计，结合实现可视化质检的要求，进行功能分析，最终确定以开源且协议自由的类库作为基础，搭建自主研发的底层平台，同时支持点云数据、矢量等通用数据的交互浏览与编辑、模块化开发，具有高内聚、低耦合、可扩展特性。其系统总体结构如图 所示。图 系统总体结构图 系统界面本系统采用 完成整个开发过程，客户操作系统为 位系统，且安装 运行库。城市三维模型实例分析 项目概况该项目为山东某市开展的 优于 分辨率实景三维模型数据制作。该项目主要采用航空摄影方式，完成市辖区 的城市三维模型的建设工作。根据数字测绘成果质量检查与验收（）中的规定，本项目抽取 实景三维模型进行检验。其应用过程包括，利用城市三维模型质检系统完成样本的平面、高程精度检测，并利用软件进行人机交互分析，完成三维模型的表达精细度、场景效果的检验，快速完成城市三维模型的质检工作。软件应用流程地理实体数据质检系统的作业流程：）新建质检工程，确定工程的名称、质检人员以及工程保存的路径等。）配置工程参数，根据具体项目的实际情况，确定质检参数和质检标准，包括平面位置中误差、高程中误差、高度中误差、接边误差以及三维地理实体数据漂浮、黑洞等常见错误面积限值等。）数据导入，主要实现矢量数据、点云数据、三维模型数据、检测数据、数据等多源数据的加载。）分项目质检，根据不同的质检项目，利用计算机分类遍历整个三维实体数据，采用自动化或者人机结合完成三维实体地理数据质检工作。）质量评价及报表的输出，对质检项目中的质检问题进行汇总，根据质检各项目预设的权重进行评分，该系统支持错误模型的定位，方便进行人工查看，有助于质检人员更快捷地找出问题、修改错误。对核定无误的质检记录，实行一键导出原始的质检记录和质检报告，质检记录有文本格式和矢量格式，方便对生产单位人员问题的反馈及修改，同时根据相关的标准，对各项目进行评分。质检元素分析及检验结果）空间参考系摄影测量城市三维建模的空间参考系包括大地基准、高程基准和地图投影等，其参考形式单一，主要取决于建立空三角的控制点坐标系参数，因此，在进行核查时，主要检查该项目的控制点资料。经过检查，该项目空间参考系符合设计书的要求。）位置精度摄影测量城市三维建模方式位置精度主要包括平面精度、高程（高度）精度等，相比于传统的三维建模方式，摄影测量城市三维建模精度取决于整体空三角测量精度，局部受点云计算机正射纠正的影响，在质检软件中，主要通过实测检测点数据与三维模型数据进行对比检查并进行精度评定。）表达精细度倾斜摄影三维建模的工艺流程和技术指标统一，所有模型的精细度基本一致，与传统三维建模不同，此种建模方式未区分表现要素类型及重要等级。因此，该项目质检主要采用人机交互方式，利用三维模型进行整体浏览，查看不符合项目。）逻辑一致性倾斜摄影城市三维建模的建模形式和取舍基本一致，因此，其拓扑及表现的一致性比较好。）时间精度倾斜摄影建模产品的现势性主要取决于航空摄影的时间，因此，在检查时，只需要检查航空摄影资料的元数据成果及其航摄记录，实现对时间精度的检查，总体来说，相比于传统建模方式，航空摄影三维建模方式能够更好地保证产品的现势性。）场景效果倾斜摄影建模又被称为“一张皮”建模方式，其模型主要利用三角网生成或者点云数据生成白膜，在航摄影像完全覆盖测区的情况下，一般能够保证其完整性，但也会有一些问题，影响场景协调性。）附件质量倾斜模型三维模型附件质量的元数据和附件文档与普通的测绘项目检验基本一致，此处不再赘述。）质检结果输出质检过程完成后，统一输出规定格式的平面高程精度统计表及人机交互质检结果。与传统质检方式对比，位置精度质检效率对比为测试城市三维质检系统对平面、高程精度的执行效率，文中同时采用 种方法进行测试，测试结果表明，三维平面地理实体数据质检系统检测 个点大约需要，人工大约需要 ，检测效率有较大提升，见表。测绘与空间地理信息 年表 平面和高程检测效率效率比对表 类型检测点个数（个）加载模型数量（块）传统方式检测所用时间（）三维实体质检系统所用时间（）平面高程 与传统方式相比，城市三维模型质检系统功能优势与传统质检方式相比，城市三维建模质检系统在软件功能集成性中发挥了极好的作用，在传统的质检方式中，一般需要 个质检软件，包括一个三维成果质检系统、一个截图软件及记录的文本软件。而城市三维建模系统对这几个软件功能进行集成应用，提供选建质检问题类别，实现成果展示、截图及质检问题记录在一个软件中实现，并输出统一格式的质检结果，并根据输出的矢量质检记录，能够对质检问题进行回溯分析。具体功能优势对比见表。表 城市三维质检系统功能优势对比表 项目位置精度统计三维成果展示系统截图工具与效果记录传统质检方式人机交互方式第三方人工截图人工在文本中记录倾斜摄影三维模型质检软件自动软件支持根据质检项目软件自动截图自动记录，输出文本就矢量数据 结束语与传统三维建模方式相比，基于倾斜摄影的城市建模方式以其独特的优势获得大众的认可，在未来的地理信息产业发展中必定有长足的发展。而其三维模型数据的产品质量问题也必将会引起人们的广泛关注，针对倾斜摄影建模成果的质量控制，应重点放在各工序成果的质量控制上，同时结合三维模型数据特点，参考现行标准规范的质检框架，适当调整质量元素的内容和权重，实现对城市三维模型成果的质量检查，在适应市场需求的基础上，满足三维成果的质量要求。参考文献：白俊杰，樊鹏武，许祥春基于倾斜摄影测量城市实景三 维模型和单体化模型的生产研究数字化用户，（）：李士伟基于倾斜摄影测量技术快速建立城市三维模型的研究工程技术（引文版），（）：李镇洲，张学之基于倾斜摄影测量技术快速建立城市三维模型研究 测绘与空间地理信息，（）：吴国梅基于倾斜摄影测量技术构建实景三维模型的方法世界有色金属，（）：郭如宝，郝利娟，刘旭东，等基于倾斜摄影的实景三维单体化模型构建方法测绘通报，（）：编辑：刘莉鑫（上接第 页）三维模型综合了影像数据、高程数据以及实际测量数据，且效果直观，易于发现疏漏，可作为土地确权最后一次的检核项，并能提高审核公示阶段工作的效率。结束语本文在土地确权工作中采用不同年份影像，引入高程数据，并将成果进行三维展示，添加了多个检核项，使土地确权成果更为精确。）以简单的形式，在尽量不改变土地确权内业工作方法的前提下，对其进行优化。）对所获取的高程、影像数据进行二次使用，充分利用已有数据的各类信息。）不能在三维地形上实时作出修改，在实际工作中需要配合二维 图，使其略显烦琐。参考文献：陈爱玮 浅述我国土地整理的现状及发展 云南农业，（）：钱跃磊 农村土地确权测绘质量保障研究 安徽农学通报，（）：，王怀朋 农村土地确权实施方案优化设计与推进措施研究聊城：聊城大学，冯华俊 农村集体土地确权测绘综合技术应用研究长春：吉林大学，国土资源部第二次全国土地调查技术规程：北京：国土资源部，魏蕾娜，傅玮佳，张敬伟，等 南昌市土地利用变化与高程的耦合分析 地理空间信息，（）：肖辉平 基于 的农村土地整治三维设计技术研究 南昌：江西农业大学，贾明超，李满春 可视化技术在土地整理规划中的应用 以韶市为例 安徽农业科学，（）：陈昆华，周国清，易柳城，等 无人机数字高程模型精度评价分析研究 城市勘测，（）：（下转第 页）第 期翟成森：基于倾斜摄影城市三维模型质检系统的实现与应用）特征点监测月最大变形点：根据成果报表内的上下行底座板的监测成果情况，找出最大的单次变形点，记录变形点点名，计算变形速率（单次变形量 间隔时间）。最大累计变形点：根据成果报表内的上下行底座板的监测成果情况，找出最大的累计变形点，记录变形点点名，累计变形量。结构设计内业形变监测报表采用预先定义模板方式，格式化输入平面和高程监测结果数据文件，通过对文本文件的数据结构块进行优化设计，方便快捷地分类存储。数据结构设计的优劣，直接关系到数据使用效率的高低，良好的模型既可减少数据冗余，又能提高查询速度。软件实现及应用本软件采用成熟的 平台，语言，设计了观测成果录入、数据入库、数据报表生成及报表人性化处理操作等功能模块。报表功能优化处理除了完成设计的功能模块外，为了方便数据分析人员快速浏览异常数据，在生产报告的过程中，优化输出显示功能，通过设置不同阈值，用不同的颜色区别表示，本文用黄色表示超过一倍阈值数据，红色表示超过二倍阈值数据，深红色表示超过三倍阈值数据。软件应用数据库查询功能可根据数据库分类展示出每期数据观测时间，文件信息。通过添加关键字查询条件如点号、高程值、棱镜中心高程、累计高差、观测时间、入库时间等信息，实现单个和批量操作处理，查询结果将以窗口界面的形式呈现。为方便编辑，本文将查询结果以表格的形式列出，由于篇幅限制列举了少部分内容，见表。表 数据库查询结果 序号点号高程（）棱镜中心高程（）观测时间 图 展示的软件生成的 期相邻 高差变化态势对比图，图 中能方便地看出每期沉降数据的变化情况，方便内业人员分析数据并做出判断。图 相邻 高差变化态势图 结束语该软件排除了数据内业整理的复杂烦琐步骤，降低了人工操作的失误，减少了人工判读、比对的步骤，实现了外业数据采集、数据处理、报表生成全自动化处理的一体化作业，大大降低了测量员人工操作失误的概率，提高了内业测量报告的生成效率，保障了成果质量的可靠性。目前，该软件已经在自然资源部第三大地测量队承接的高铁业务中广泛使用，今后也会逐步优化提高，丰富实际需求，解决生产问题，推进自然资源部第三大地测量队信息化建设进程。参考文献：梁华，王成友，蔡宣平新型铁路线路质量实时监测系统的设计与实现铁路计算机应用，（）：周荣实时监测技术在运营高铁路基变形监测中的标准应用中国标准化，（）：马俊，郑健高速铁路 平面网复测若干技术问题探讨测绘地理信息，（）：张鹏飞轨道控制网在地铁隧道施工测量中的应用科技创新与应用，