三維城市建模技術流程

近年來，以物聯網、云計算、移動互聯網為代表的新一代信息技術，和知識社會環境下逐步孕育的開放的城市創新生態，驅動了智慧城市的形成與發展。

城市三維模型作為智慧城市的數字地圖，為了方便后期管理與運維，在構建過程中，必須按照國家標準的技術規范，形成統一標準的城市三維模型。

2010年，為統一城市三維建模技術要求，國家住房和城鄉建設部發布行業標準《城市三維建模技術規范》CJJ/T 157-2010，對城市三維模型的基本規定、建模單元劃分與模型命名、數據采集與處理、三維模型制作等作出了相應的規定。



一、主要內容

城市三維模型是城市地形地貌、地上地下人工建(構)筑物等的三維表達，反映對象的空間位置、幾何形態、紋理及屬性等信息，主要包括地形模型、建筑模型、交通設施模型、管線模型、植被模型及其他模型等數據內容。



二、數據獲取過程

傳統三維建模方式采用人工實地拍照的方法，存在工作量大、時間成本高、紋理失真、模型精度低等缺點 。傾斜攝影利用多傳感器，從多角度觀測同一地物，地物紋理更加豐富，效果更加真實，是未來三維城市建模的主流方向 。

1.影像數據獲取

傾斜攝影相機角度一般為45度，所以在畫航線時，要超出所測的范圍，這樣才能把所測局域拍全。拍攝模式主要有環繞飛行和折線飛行兩種。





為了保障建筑物紋理信息采集精度，一般來說，城市內因地物較多，旁向重疊度為70% ，航向重疊度為77% ，山區因地物簡單，主要是對地形進行建模，航向重疊度為77% ，旁向重疊度為47% 。

數據采集注意事項

1）分辨率

垂直和傾斜影像的地面分辨率是傾斜攝影最為直觀與重要的參數之一，也是直接決定后續三維建模質量的關鍵因素。傾斜影像自動空三時，為了保證量測點的精度，應盡量保證不同影像的分辨率一致。

2）相機焦距

相機選擇是影像獲取的關鍵因素之一，決定了所獲取影像質量的好壞和攝影交會角的大小。如何搭配下視相機與傾斜相機的焦距，是影像獲取的另一個關鍵因素。焦距較長的相機，視場角小，可以獲取更多的影像紋理；焦距較短的相機，視場角大，影像變形也越厲害。

3）畸變參數

在航空測量中，畸變直接影響測量精度?；儾钍贡粩z物體與影像之間不能保持精確的相似性，造成影像幾何變形。一般的辦法是，固定相機鏡頭，減小相機畸變參數變化對加密成果的影響?；蛘呤峭ㄟ^建立三維控制場，及時檢測無人機航拍前后的相機畸變參數。

4）天氣

天氣因素會影響圖像質量，主要是風、霧霾，雨雪，當風速過大時，應該考慮停止飛行。



5）像控點

像控點是攝影測量控制加密和測圖的基礎，野外像控點目標選擇的好壞和指示點位的準確程度，直接影響成果的精度。想要達到預期的成相效果，像控點布設的好壞起著相當關鍵的作用。

無人機攝影完成后，需對攝影數據進行分析、整理，主要的成果包括傾斜影像和 POS 數據。

關于補拍

補拍是提升模型細節的重要工作，補拍時要注意周邊安全，選擇合適的位置和姿勢。

補拍的目的是彌補死角細節，補拍重疊率控制在50%左右，補拍的照片色彩和亮度要盡量接近航線拍的照片。



2.建模原理

傾斜攝影測量三維建模以傾斜影像為數據源，集成傾斜影像與下視影像數據進行平差計算，構建三維環境，可彌補單一視角數據遮擋、紋理不豐富、多余觀測不足等局限。



實景三維建模的關鍵技術有數據預處理、傾斜影像區域網聯合平差、點云密集匹配、不規則三角網構建、紋理映射及三維建模等。其中，關鍵點是傾斜影像聯合平差、紋理映射和實景三維模型自動構建。

傾斜攝影測量的優勢

1）反映地物周邊真實情況

相對于正射影像，傾斜攝影測量能夠讓用戶從多個角度觀察地物，更加逼真的反映地物的實際情況。通過實景建模軟件批量提取及貼紋理的方式，能夠大大提高三維建模的效率，降低城市三維建模成本。

2）可實現單張影像量測

傾斜攝影通過先進的定位技術，可直接基于成果影響進行包括高度、長度、面積、角度、坡度等的量測，擴展了傾斜攝影技術在行業中的應用。

3）傾斜影像聯合加密

利用實景三維建模技術，結合下視與傾斜拍攝影像進行聯合平差，匹配密集點云，并完成紋理映射，建立逼真的三維場景。

3.技術流程

本次建模采用大規模三維實景建模軟件ContextCapture Center。

ContextCapture Center三維實景建模軟件可以快速為各種類型的基礎設施項目生成最大尺寸、最具挑戰性的現狀三維模型，包括源自任何數碼照片的與整個城市同樣大小的規模，還支持最精密復雜的航空相機系統和 UAV 采集系統。



三維城市建模流程如下：

·影像、POS數據、地面控制點

·空中三角測量

·密集匹配高密度點云

·全自動三維重建

·自動紋理映射

·城市實景三維模型

4.數據預處理

對獲取的航攝數據進行整理檢查，檢查內容包括影像質量和文件格式、影像重疊度、POS 記錄信息與影像對應關系。

為保證影像色彩滿足生產要求，原始影像需進行勻光與勻色。處理后的數據應保證整個測區整體色調的一致，且單張航片不偏色。



5.實景三維模型生成

傾斜影像空中三角測量是實景三維模型構建的關鍵步驟。因多視角影像平差需要考慮影像的幾何變形及相互間的遮擋關系，傳統的空三軟件無法處理，傾斜攝影空三平差處理最重要是如何將垂直下視影像和傾斜影像進行混合平差。

ContextCapture Center 建模精度較高，模型構建采用分塊構建計算，軟件自動選擇不同視角上的最優像對模型，并生成超高密度的點云?；邳c云數據自動構建 TIN 模型，根據三維 TIN 的空間信息，獲取最佳視角影像紋理，并自動賦予模型，輸出 OSGB 格式三維模型成果。



如果您有三維城市建模需求，或者對ContextCapture Center感興趣，歡迎聯系我們：18122393143。