徕卡RCD30倾斜摄影测量系统在城市三维建模中的应用

0.引言

本文结合实际生产项目介绍了运用RCD30倾斜摄影系统和运-5飞机飞行平台，获取高分辨率航空影像数据，在通过街景工厂软件制作三维模型的方法。并且能够达到很高的航空测量精度。

1.RCD30倾斜摄影系统、街景工厂简介

RCD30倾斜摄影相机（如图1所示）。

  

图1 RCD30倾斜摄影相机

徕卡RCD30倾斜摄影相机由瑞士徕卡公司生产，可同时获得前视、左视、后视、右视、底视五个角度的影像，同时航摄仪系统集成了GPS/IMU导航定位定姿系统。RCD30相机主要参数(如表1 所示)。

 

表1 RCD30相机主要参数

  

IMU频率200Hz多镜头组最大帧数率1.8s CCD像素大小5.2μm CCD大小10336×7788像素下视方向与侧视夹角35o下视焦距50mm四个侧视角焦距80mm

另外，RCD30配备的软件和功能分别为：使用Leica MissionPro软件对测区进行飞行计划设计，LeicaFramePro软件进行数据下载、飞行质量检查，Inertial Explorer软件解算初始外方位元素，Inertial IPAS CO软件解算检校场以及检校后外方位元素。

街景工厂三维建模系统是欧洲空客集团旗下公司，2012年推出的全自动三维模型处理系统，作为海量航空航天遥感影像自动处理系统，像素工厂产品线的一个延伸产品，它能够快速、全自动地处理倾斜影像，在极少人工干预的情况下提取高精度的真实三维模型，代表了当今最先进的三维建模技术。

2 实例研究

2.1 测区信息

2.4.8 空三加密

2.2 飞行平台

根据项目的实际情况，测区采用我国自主生产的运-5飞机进行航测飞行，该飞机航拍安全高度为山地200m，丘陵100m，能够满足本飞行区域的要求。另外，运-5飞机飞行稳定、使用费用低廉，且在市场上供应较多，方便调配，故选择运-5飞机作为飞行平台执行本次项目。

2.3 技术流程

RCD30倾斜相机摄影技术流程（如图2所示）。三维建模技术流程(如图3所示)。

  

图2 RCD30倾斜摄影技术流程

  

图3 三维建模技术流程

2.4 技术方案实施

2.4.1 数据资料收集获取

利用Google地图收集测区资料，确定测区范围、空域范围、了解测区周边地势情况、收集基础控制点信息、相关地形图资料等，根据范围设计飞行检校场及测区航线计划。

2.4.2 检校场影像数据获取

由于RCD30相机视准轴与IMU视准轴不平行，存在一个系统的差异，应该将记录结果改算到相机的真实姿态，因此需要飞检校场。检校场飞行要求井字交叉（如图4所示）航线双向飞行8条航线，每条航线30-40张影像，航向重叠度80%，要求飞行区域不能有水域，避免高层建筑。

（1）Leica FramePro可对原始航摄数据进行下载解压，对解压后数据的色彩参数和影像参数进行修改调整，相机五个镜头解压后的数据需要分别转换成8bit的TIFF影像及photoID和event文件。

2.4.3 测区影像数据获取

原始数据包含有众多描述场地和地震动情况的变量，本文暂只取两个关键变量进行研究。一个是地震作用下修正到震级M为7.5级，有效覆土压力为1个大气压的循环应力比另一个为等效标准化净砂锥尖阻力qc1Ncs。前者可视作使得土体液化的地震荷载，后者为土体抵抗液化的能力。

运用徕卡倾斜相机后处理软件对航摄数据解算、检查，为后续三维建模提供数据，相机的数据处理流程(如图5所示)。

建立工程，导入内方位元素和外方位，提取出模型连接点重叠区域默认为100米，对每个分区进行同名点匹配，并验证同名点提取密度，如有不足，手动进行添加（如图6所示）。

飞行前，检查相机运行情况以及GPS天线偏心分量，在空中按照平飞5分钟后绕飞8字飞行，S型进行交替换线，航带间保持相对平行以及对天晴情况进行实时关注。

关于三个及以上数量的点共线的情况，如果这条线上两个不相邻的点之间的点未全部被经过，则连续通过这两点的情况属无效。当共线的点数不小于四时，在代码中须分别讨论其中三个以及更多相邻点的情况。而仅用数组和条件判断无法做出一种符合之前被编为数组元素的图形中的任一点的通式来计算，故选择总结并依次列出不满足的情况。3*3式、正三角形式、八边形式、等腰直角三角形式与弦图式均用此方法来计算与验证情况数量[9]。

将已结束项目任务数据中已完成的任务提取出来，再次导入无忧地图并呈现在百度地图上。按照划分的各价格区段将不同定价区间的热量图分别呈现出来研究。

采用的教学方法主要有全真或仿真实战演练、问题讨论式教学法、案例教学、角色扮演，并举办各种与课程相关的活动，例如：礼仪大赛、操作技能大赛，情景剧大赛等。

上连市场、下接农民，鲁花是连接市场与农民的桥梁，形成龙头带企业、企业带基地、基地带农户的产业体系。谈到全国各地建工厂是否有可能导致所产花生油味道有差异时，鲁花集团强调：花生虽然品种有差异，但不同地方的花生味道差不多，做出来的油香味也差不多。

  

图4 检校场飞行示意图

  

图5 RCD30倾斜相机数据处理流程图

（3）IPAS CO可对*.sol文件（飞行轨迹文件）和FramePro输出的曝光点、影像ID文件配合相机参数文件生成相机在检校场内的检校影像。按照十字对飞的方式选择四条航线数据，并根据每条航线20张以内，影像尽量对称的原则进行运算，得到新的相机文件。最终可以生成项目数据的外方位元素。

2.4.5 基础控制像控点布设

像片控制点按每平方公里1个点均匀布设，外围的像控点尽量布设在测区边缘，但要保证在航向及旁向重叠5～6张像片。不同分区的像控点要尽量共用。当测区范围有凸凹时，应在凸角处增补控制点。

2.4.6 建模数据整理

湿磨料与干磨料在各自最优参数下,都能达到对线材表面几乎完全去除的效果,从图8a中可观察到，干磨料处理后的线材表面形貌有很明显的凹坑,粗糙度值大；从图8b中可以看出，湿磨料处理后的线材表面形貌良好,粗糙度值小。

分析测区建筑物高程，地形、河流等信息，根据航摄信息初步拟定建模参数和相机参数；根据航片数据量和可用磁盘空间对建模区域进行分区，每个分区航片数控制在10000张左右；根据分区准备控制点、检查点，保证接边区域有足够的控制点；提取POS信息，包括序号、影像名、航带号、X、Y、Z、Omega、Phi、Kappa等。

2.4.7 影像匀色匀光处理

影像在大范围内，颜色和色调基本保持一致。直方图大致成正态分布，红、绿、蓝三通道信息分布均匀。影像纹理清晰，反差适中，保证影像的色彩信息，无影像信息损失，特征地物点能够准确识别。

测区位于辽宁省抚顺市市区，区域内涵盖东西露天矿，地形起伏较大。最低点-262m，最高点235m。航测面积为205km2，地面分辨率设计为0.08m，飞行设计航高为757m，航向重叠度大于70%，旁向重叠度大于75%，共设计95条航线。

2.4.4 影像数据后处理

（1）子区域网空三加密

（2）Inertial Explorer软件利用航摄相机采集到的GPS IMU数据双向解算GNSS数据，向前解算与后向解算同时进行，每一历元解算出GPS位置，形成GPS轨迹。然后通过ProcessTC结再次解算，获取处理结果*.sol文件（飞行轨迹文件）。解算后IE可对前向与后向解算的飞行位置差异、位置精度、质量参数、卫星信号锁定等数据成果进行分析。

街景工厂中，同时对倾斜相机获取的所有视角（下视、前视、后视、左视、右视）的影像进行空中三角测量处理。鉴于5个视角的影像数量众多，不利于粗差剔除，并且平差计算一次的时间较长。为提高空中三角测量的效率，通过区域网的大小及像控点布设情况，划分子区域进行子网空三加密。子区域网的所有视角影像之和一般不超过10000张，并且对于垂直航线方向重叠的区域网，需要至少重叠一条航线,对于航线方向重叠的区域网，需要至少重叠一张影像（包括该影像的所有视角）。对子网进行连接点匹配、平差计算、粗差点剔除点位调整等操作，直到连接点的像方误差、数量、分布、重叠度等达到要求。

  

图6 同名点提取示意图

（2）测区整体空三加密

所有子区域网完成平差计算之后，将所有子网进行区域网合并，并将所有连接点进行合并。然后，转刺像控点与检查点，进行测区的整体区域网平差计算。通过反复进行平差计算、点位调整等操作，直到空三加密结果满足要求后结束，提交空三加密成果。最后，输出空三加密成果，包括优化后的外方位元素成果与消除畸变差的影像，以供后续创建三维模型使用。

2.4.9 建立模型输出成果

人美版第五册《台历的设计》属于“设计应用”学习领域的内容，旨在让学生利用材料进行台历的造型设计，融绘画、剪贴与制作为一体，尝试大胆想象和创新设计不同造型功能的台历，体会设计活动带来的乐趣，使学生逐步养成善于观察、勤于思考的习惯，培养学生的设计意识。

首先根据全球90米DEM设定模型高程，使范围尽量贴近但大于实际范围，然后利用优化后的空三加密成果与畸变改正后的影像，根据工程指定的范围与预设的tile大小，通过设置合适的参数，利用街景工厂自动进行影像金字塔构建、立体像对创建、点云匹配、不规则三角网构建、三角网优化、三角网简化、自动关联纹理、纹理模型LOD,结构创建等操作，完成三维模型的自动创建与纹理的自动关联。设定输出坐标系以及中央经线，将生成的模型输出成通用的osgb格式。

1928年，英国经济学家凯恩斯曾预测，100年后，欧美生活水平将会很高，人们也将会很休闲，至少不必再疲于奔命地去挣钱了。凯恩斯这个预测只得到部分证明。今天的欧洲人的确比较休闲，但美国人年平均工作时间仍比法国人多300小时。（2018.9.26《报刊文摘》）事实上，很多现代人不仅不比前人轻松，还更忙了。

3.精度检查

通过外业实测地物点位与模型上地物点点位进行比较，检测模型精度，检测平面使用点位4376个，高程使用点位6169个，检测结果平面中误差为0.27m，高程中误差为0.32m，符合规范要求。

4.结束语

该测区利用徕卡RCD30倾斜摄影系统和街景工厂软件制作城市三维模型，总结出完整的技术流程，通过外业实地检测成果满足精度要求，可为相关行业提供可靠的数据成果。

参考文献：

【1】杨国栋，王民水.倾斜摄影测量技术应用与展望[J].测绘与空间地理信息,2016,39(1):13-18.

我向工地疾走。疾走的路上，有一幕在我脑子里反复出现。昨晚，李大头给我们开过会后，走出了我们的住所。他随身带了一把活口钳子，那钳子把长，斜插在他的裤兜里，钳子把露出一小截。

【2】孙龙.基于倾斜摄影测量技术的三维建模原理及方法浅析[J].建筑工程技术与设计,2017(13).

【3】张峰，桑夺坤.徕卡RCD30倾斜相机在城市实景三维模型制作中的方法研究及其应用[J].测绘通报,2017(2).

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