孙铁军，董胜光

（1.湖南省第二测绘院，湖南 长沙 410119）

大重叠航摄技术在地质遗迹三维建模中的应用

孙铁军1，董胜光1

（1.湖南省第二测绘院，湖南 长沙 410119）

在全面分析三维建模所需基础数据常用获取方法各自特性的基础上，提出了基于大重叠度航空摄影进行地质遗迹三维精细建模的技术思路，选取了崀山国家地质公园中的辣椒峰地质遗迹点开展三维建模试验，快速制作了辣椒峰地质遗迹点的三维精细模型，验证了该技术思路的实用性与可行性。

大重叠度航空摄影；地质遗迹；三维精细模型；三维地理信息

目前，各地城市三维建模工作开展得如火如荼，但对于地质遗迹或自然景观的规模化三维建模鲜有报道，究其原因在于地质遗迹很不规则，奇形怪状，凹凸不平，地质遗迹三维建模所需的空间基础数据和纹理数据难以获取[1-3]。目前，国内外众多学者就复杂自然景观三维建模基础数据的获取开展研究，且提出了普通航空摄影测量、机载激光雷达、地面激光雷达、倾斜摄影测量、近景摄影测量等众多新型三维建模原始数据获取技术，各有优劣[4-6]。相比之下，利用大重叠度航摄影像具有同时获取地质遗迹三维建模所需几何框架数据和纹理数据的可能，从而解决了地质遗迹规模化三维精细建模基础数据获取的难题。

1 应用思路

综合考虑当前数码航空摄影和三维建模技术的特点, 大重叠度航空摄影技术应用于地质遗迹三维精细建模中的应用思路如图1所示[7,8]。

2 应用试验

为了验证上述技术思路的可行性，探索大重叠度航空摄影技术在地质遗迹规模化三维建模中应用的可行性，在崀山国家地质公园数字三维建模项目中，尝试应用了该技术，并选取了地质公园内的“辣椒峰”地质遗迹点，进行了地质遗迹三维建模试验。

2.1 试验区概况

图1 应用思路图

崀山国家地质公园位于湖南省西南部新宁县境内，地处湘桂边境。地质公园内丹霞地貌类型发育齐全、发育过程清晰，形态结构完整，尤其以壮年期丹霞地貌最为雄伟壮观，极富震撼力，是我国乃至世界稀有的最为奇特的大面积丹霞地貌景观区。公园自北向南依次由紫霞峒、扶夷江、辣椒峰、天一巷、天生桥及八角寨等6个相互联系的景区组成，宽约4~8 km，长约18 km，总面积约138 km2。公园内大部分地区植被茂密，地形复杂，难以深入。平均海拔约500 m，最高峰八角寨海拔818 m。地质遗迹三维建模试验点辣椒峰是崀山丹霞象形景观密集区，是密集丹霞峰丛的杰出代表，完美地展示了崀山丹霞地貌发育演化过程以及非同寻常的丹霞自然美。辣椒峰拔地而起，凌空突兀，直上直下，傲视群峰，绝对高度180 m，上大下小，石顶周长约100 m，石脚周长约40 m，呈赤红色，远观像硕大无比的红辣椒。

2.2 试验过程

2.2.1 航空摄影

2011年11月湖南省第二测绘院采用IMU/DGPS辅助数码航空摄影技术获取整个地质公园0.1 m分辨率的高清数码影像，影像的航向平均重叠率80%（常规航摄为60%~65%），旁向平均重叠率60%（常规航摄为30%~35%），共飞行航线36条。航摄基本技术参数为：摄区名称：湘西州；摄区编码/代号：12095；面积：138 km2；地面分辨率：优于0.1 m；飞行高度：1 400 m；飞行方向：南北；航向重叠：60%；旁向重叠：80%；航摄仪类型/编号： UCLp；焦距：70.4 mm；像幅大小：11 704×7 920 像素；飞行时间：2011年11月；摄区困难类型：困难；飞机类型/编号：运5/B8754；使用机场：衡阳机场；像元大小：0.006 mm。航线分布如图2所示。

图2 航线分布图

2.2.2 影像预处理与空三加密

首先按照常规航摄内业数据处理方法，对航摄影像进行整体匀光匀色、角度旋转、格式转换等预处理，然后利用均匀布设的外业像控点，在PixelGrid软件下，设置相机参数，提取连接点，调用PATB进行连接点交互式编辑和区域网平差，实现整个测区像片的空三加密。

2.2.3 特征点线采集与DEM制作

将空三加密的结果导入MapMartix，建立各像对的立体模型，定义核线范围，生成核线影像；在立体环境下采集特征点、特征线，并构建三角网，按1 m格网间距内插生成DEM。考虑到本项目采用了大重叠度航摄，降低了基高比，如果直接采用相邻像片组成的立体像对进行特征点、特征线采集，将影响高程的精度，为了保证DEM的精度，在进行DEM特征点、线采集时采用“抽片”的方法，即利用隔航片组成立体像对进行特征点和特征线采集。

2.2.4 DOM制作

基于空三加密成果，调用§2.2.3中的DEM成果，对数码航拍影像进行数字微分纠正，并调整航片之间的镶嵌线。

2.2.5 格式转换

为了确保DEM数据能够被3DSMax支持，使用Global Mapper软件，将DEM转换成STDS或USGS DSM格式；也可使用FME、ArcGIS等软件实现。

2.2.6 3DSMax下模型编辑

将DEM导入到3DSMax中，并将导入的DEM转化为可编辑多边形。在多边形建模模式下，参照航摄影像、特征点和特征线，灵活地对顶点、边、边界、多边形和元素等5个对象进行编辑[9,10]。

2.2.7 纹理粘贴

首先从DOM上选取地质遗迹点的顶部纹理，从大重叠度的航片上选取地质遗迹点不同侧面的纹理数据，并使用PhotoShop对选取的影像进行处理，然后按照明显的构造边线，将地质遗迹模型的纹理划分成毗邻的几块，最后通过3DSMax的“展UV”功能对编辑后的模型进行贴图。考虑到目前三维地理信息系统的限制，要求纹理数据的尺寸均为2的N次方，且贴图尺寸最大不超过2 048×2 048像素。在“展UV时”也可使用UVLayout、Unfold3D等专业工具来提高工作效率。对于少数摄影死角，通过周边的影像作为标准材质填充。

2.3 试验结果

图3为大重叠度IMU/DGPS辅助航空摄影技术支持下辣椒峰地质遗迹点的三维建模试验成果图。试验表明，大重叠度IMU/DGPS辅助航空摄影能在获取地质遗迹点三维建模所需的几何框架数据的同时，获取三维建模所需的大部分纹理数据，并应用于地质遗迹三维精细模型的快速建立。

3 结 语

图3 辣椒峰地质遗迹点三维建模试验成果图

与LiDAR、倾斜摄影等新技术相比，大重叠度航空摄影不但能获取三维建模所需要的几何框架数据，而且能获取三维建模所需的绝大部分纹理数据，同时也弥补了普通航摄侧面纹理数据获取不足的弊端，具有特有的优势。在崀山国家地质公园数字三维建模项目的后续建设中，成功地应用该技术对地质公园内将军石、天一巷、骆驼峰等其他核心地质遗迹点建立了三维精细模型，建模面积达10 km2。本项目建设的技术成果将应用到湖南省乃至国内其他地质公园或自然景观的三维建模中。此外，大重叠度航摄数据也可尝试使用SAMRT 3D诸类的高性能自动化软件进行三维建模，这将进一步提高大重叠度航摄技术在地质遗迹三维建模中的效率，从而更加凸显大重叠度航摄技术在地质遗迹三维建模中的应用价值。

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Application of Large Overlap Aerial Photography Technology in 3D Modeling of Geological Relics

bySUN Tiejun

Based on comprehensively and comparatively analysis their characteristics of data acquisition methods for 3D modeling, this paper proposed technical route for building 3D precise model of geological relics using large overlap aerial photography technology. Lajiaofeng Geological Relics in Langshan National Geological Park was built 3D precise model. The results verify that this technology is practical and feasible to build 3D precise model of geological relics.

large overlap aerial photography,geological relics,3D precise model,3D geographic information

P231

B

1672-4623（2014）02-0035-03

10.11709/j.issn.1672-4623.2014.02.013

2013-08-14。

项目来源：国家自然科学基金资助项目（41171397）；湖南省国土资源厅科技支撑计划资助项目（2012-30）。

孙铁军，高级工程师，硕士，主要从事摄影测量与遥感工程化应用研究。