刘锋

（沈阳鑫蓝图科技有限公司，辽宁 沈阳 110000）

1 引言

近年来，党中央、国务院围绕数字中国建设制定了一系列战略规划，党的二十大报告提出，要加快建设网络强国、数字中国建设。2022 年2 月，自然资源部办公厅印发《关于全面推进实景三维中国建设的通知》，明确到2025 年，5 米格网的地形级实景三维实现对全国陆地及主要岛屿覆盖，5 厘米分辨率的城市级实景三维初步实现对地级以上城市覆盖。实景三维是真实、立体、时序化反映人类生产、生活和生态空间的时空信息，是国家重要的新型基础设施，通过“人机兼容、物联感知、泛在服务”实现数字空间与现实空间的实时关联互通，为数字中国提供统一的空间定位框架和分析基础，是数字政府、数字经济重要的战略性数据资源和生产要素[1]。随着新一代无人机技术、摄影测量技术与计算机图像处理能力的发展，实景三维建模软硬件处理体系有了较大突破，通过倾斜摄影方式构建实景三维模型，开展大比例尺成图的技术日趋成熟[2,3]。本文结合工程应用，阐述实景三维大比例尺成图技术的生产流程，重点介绍基于实景三维数据开展地形图生产与制作方法，分析实景三维成图与传统摄影技术成图的区别，以期为相关工程提供参考。

2 实景三维及倾斜摄影

依据《实景三维中国建设技术大纲》[2]，广义上的实景三维数据包括数字高程模型（DEM）、数字表面模型（DSM）、数字正射影像（DOM）、数字真正射影像（TDOM）、倾斜摄影三维模型、激光点云等。其中，倾斜摄影三维模型是现实世界在可视化方面最直观、真实的数字化映射，能准确丰富、高质量地反映地物地貌、建（构）筑物等空间地物的几何形态、特征纹理特点，高精度表达各类地物设施的位置姿态、拓扑关系、尺寸大小，是城市级、部件级实景三维建设的主力和核心，也是新型基础测绘体系建设的典型产品[4,5]。

近年来，测绘领域使用无人机来采集数据已成常态[6]。倾斜摄影测量时，使用无人机搭载多个倾斜摄影装置采集数据，下视相机为垂直摄影，用于制作DEM、DOM。前视相机、后视相机、左视相机和右视相机都为倾斜摄影，用于获取地物侧面纹理影像，倾斜角度在15°～45°。它同时从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度采集影像，飞行一次即可获取各角度原片。在倾斜摄影三维模型生产过程中，通过在飞行平台搭载倾斜航摄仪从空中对地面采集正视、侧视等不同角度的航空影像数据，然后进行影像数据预处理、空三加密与处理、倾斜影像匹配等过程，生成点云数据，构建不规则三角网。实际的数据生产过程中可采用混合航摄仪或同区域激光点云数据，将生成的密集点云与激光点云规划到统一坐标系下，融合处理以提高建模精细度，从而生成高精度三维模型，倾斜三维实际上是一个Mesh 形式的实景三维模型[7,8]。

3 数据采集

根据数据采集区范围，选择合适的倾斜相机和搭载平台采集数据。通常小范围区域采用无人机方式，大范围区域采用有人机或多架次无人机。结合实景三维的精度要求和测区特点，选择不同性能的倾斜相机。数据采集流程如图1 所示。通常采用倾斜航空摄影测量技术即可完成数据采集，但如果数据采集区植被茂密，存在大量植被遮挡导致植被模型与地形难以匹配等问题，可补充运用无人机搭载激光雷达测量系统[9]，开展激光LidAR 数据采集，获取三维激光点云数据。

图1 数据采集流程

数据采集包括准备工作、航空摄影、控制测量等。其中准备工作主要包括资料收集、现场踏勘、技术设计、资料准备、仪器检校、技术培训等；航空摄影主要包括空域申请、航线规划、航摄实施、质量检查、生成影像数据等；激光LidAR 点云可采用无人机航飞方式采集数据，主要包括空域申请、航线规划、航摄实施、质量检查、生成点云数据等；控制测量主要包括像控布设、像控点测量、像控点检查、生成像控数据等。

4 数据处理

在数据处理与生产之前需检查数据的完整性，例如航线是否漏拍，影像画面是否清晰，影像数据和点云数据是否满足要求、是否存在大范围遮挡等。将影像、POS、点云等数据成果转换到统一坐标系下，例如CGCS2000 坐标系。对于数据检查存在问题的，应返工修改。数据处理与生产具体流程包含空三加密、三维模型构建、数字产品生产等，如图2 所示。

图2 数据处理与生产流程

4.1 空三加密

首先，开展相对定向和绝对定向，进行平差解算、误差分析处理，使得像控点中误差、检查点中误差、单点多影像量测值中误差满足大比例尺成图精度要求。然后，运用PhotoScan、INPHO、ORIMA、Street Factory 等专业软件开展自动或者半自动空中三角测量[10,11]。再结合野外观测的检查点，对空中三角测量的模型成果进行精度检查，以确保满足大比例尺成图产品的精度要求，最后生成像片外方位元素成果。

4.2 实景三维模型构建

利用Mirauge3D、Context Capture 等实景三维建模软件，输入合格的空三加密成果，自动化构建倾斜摄影三维模型。倾斜摄影三维数据一般采用osgb 格式，osgb 格式数据具有多细节层次和分层优化等特点。同时，为便于三维模型数据的调度和可视化应用，可依据数据精度或单位面积内的数据粒度，将osgb 格式的三维模型按块生产（如64m×64m、128m×128m、256m×256m 等块尺寸）[12]。倾斜摄影三维模型块之间应保证色彩均衡，并对缺失的洞进行填充操作，最后根据测区范围对倾斜三维模型数据进行裁切。

4.3 数字产品生产

运用Mirauge3D、Context Capture 等倾斜三维建模软件，输入合格的空三加密成果，生产DOM、TDOM。基于分类滤波检查合格后的激光点云数据，选择除噪声点、错点、孤立点外的图层，创建Las 数据集，制作DSM 成果。在Las 数据集基础上，通过不规则三角网（TIN）转换为格网间距合理的栅格数据，然后人工开展漏洞和接边检查工作，并根据情况进行编辑修改，最后运用TerraSolid 软件自动化生产DEM 成果。

5 地形图制作

基于倾斜三维模型、TDOM 等成果进行地形要素采集的测图工作，可采用“先内后外再内”的模式。

5.1 要素采集

选用清华山维EPS 等辅助软件，导入倾斜三维模型、TDOM 等成果，交互式进行数据采集。采集内容包括居民地及附属设施、水系及附属设施、交通及附属设施、管线及附属设施、人工地貌以及植被等要素，如图3 所示。

图3 要素采集

5.2 外业调绘及数据编辑

针对地形要素采集中不能定性的地物、遮挡的地物等，先重点标记，然后开展外业调绘，完成名称、注记等调查，以及地物的定性。根据外业调绘成果，选择AutoCAD、ArcGIS、CASS、SuperMap 等地图编辑软件，开展地形图编辑工作，最后形成*.dwg 格式文件。

5.3 成果质量检查

对纸质成果、数字成果进行质量检查。其中，针对纸质成果重点检查字体大小、注记位置、符号疏密、要素间关系等。针对数据成果重点检查房角、道路拐角、井盖、墙角、沟渠、喷涂靶标等明显地物特征点，可辅助运用全站仪、GPS-RTK 进行复核，确保数据成果精度满足成图要求。

6 技术特点分析

相比于传统摄影测量方式，基于实景三维的大比例尺成图技术改变了作业流程，提高了数字产品生产速度，提升了作业效率，具体表现在如下几个方面：

（1）裸眼测量。倾斜摄影三维数据提供了完整立体的三维场景，作业员运用三维数据加载与编辑软件，可直接看到三维效果的数据，无需基于立体眼镜的视角差来构建三维场景，还可采用二三维联动方式，在三维场景中查看数据，在二维场景中采集编辑数据。

（2）精细采集。基于倾斜摄影三维数据，作业员可直接采集房屋地面角点等微观要素，电杆、路牌、路灯等垂直面或体要素，以及建筑物中间或下面的附属构筑物要素。这些微观要素在传统方式下，往往根据作业员的经验标绘位置信息，或通过大量外业调绘进行标定。

（3）效率提高。建立实景三维模型和三维测量均可由软件自动解算完成，还可以采用联机运算缩短数据处理时间，绘制地图过程需作业员手动完成，以三维模型和点云作参照，速度大大提升。

（4）节约成本。充分发挥无人机倾斜摄影测量技术灵活高效的特点，工作时长以小时为单位，不同以往大比例尺地形图外业测绘按天数计算，缩短了项目周期；测绘人员只需无人机飞手和少量作业员，与传统测图方法按测区面积配备一定比例的外业人员相比，人员数量减少，节约项目成本。

7 结语

实景三维中国建设是测绘行业贯彻新发展理念、构建新发展格局的一项重要工作，与国家新型基础测绘体系建设、时空大数据云平台建设紧密关联，是测绘地理信息供给侧结构性改革的重要之举[13]。开展基于实景三维数据的科学研究，既能充分运用实景三维等多源数据优势，促进技术变革和工程流程优化，又能降低劳动复杂度，提高工作效率。本文阐述了基于实景三维模型的数字产品生产流程，分析了新数据生产方式的优点，得出基于实景三维模型开展大比例尺成图的可行性、便捷性。基于实景三维模型进行地形图数据生产减少了外业人员的工作量，降低了人力和时间成本，将逐渐成为大比例尺地形图生产的主流方式。