1、 倾斜摄影与三 维实景建模 技术设计书 倾斜摄影与三 维实景建模 技术设计书 承担单位 ： 主要设计 人： 审核意见 ： 审核人： 设计负责 人： （注册测 绘师盖章） （注册测 绘师盖章） 年 月 日 年 月 日 批准单位 ： 审批意见 ： 审批人： 年 月 日 I 目录 1.概述 1 1.1 项目来源和目的. 1 1.2 项目作业范围和内容. 1 2.作业区自然地理概况与已有资料情况 1 2.1 作业区自然地理概况. 1 2.2 已有资料情况. 2 3.引用文件 3 4.成果主要技术指标和规格 3 4.1 测绘基准. 3 4.2 基本精度指标. 4 4.3 成果数据格式. 4 5.设计方案
2、 4 5.1 软、硬件环境及其要求. 4 5.1.1 硬件环境及其要求 . 4 5.1.2 软件环境及其要求 . 4 5.2 作业技术流程. 4 5.3 各工序的作业方法、技术指标和要求. 5 5.3.1 准备工作 . 5 5.3.2 航空摄影 . 6 5.3.2.1 航高设计要求 6 5.3.2.2 航线布设、飞行质量及影像质量要求 6 5.3.2.3 飞行控制要求 7 5.3.3 像控测量 . 8 5.3.3.1 像控布设 8 5.3.3.2 像控点判刺 8 5.3.3.3 像控点联测 8 5.3.4 空中三角测量 . 9 5.3.5 全自动三维建模 . 9 II 5.4 管理体系保证措施
3、 10 5.4.1 质量保证措施 10 5.4.2 环境、职业健康安全保证措施 10 5.5 上交和归档成果及其资料 11 1 倾斜摄 影与三维实景建模 技术设计书 1.概述 1.1 项目来源和目的 2013 年 8 月，丰县被确定为全国第二批智慧城市创建试点县，并启动建设 了数字丰县地理空间框架项目。 该项目整合更新了多尺度、 多分辨率、 多类型和 多时相的丰县基础地理信息数据体系，构建了丰县地理信息公共服务平台，为 “智慧丰县”建设提供了坚实基础。 为进一步完善基础地理信息数据， 更加直观 的辅助决策，丰 富 丰县国土资源 “一张图” 管理系统， 丰县国土局决定实施丰县 国土资源 “一张图
4、” 管理 系统倾斜摄影与三维实景建模项目。 受丰县国土局委托， 我院承担本项目工作。 为规范作业、 统一技术要求， 保证测绘产品质量符合相应 的技术标准，根据国家有关规范，编制本项目技术设计书。 1.2 项目作业范围和内容 根据甲方需求对丰县主城区约50 平方公里进行倾斜摄影和三维实景模型制 作任务。 图1： 丰县 倾斜 摄影 范围 图 2.作业区自然地理概况与已有资料情况 2.1 作业区自然地理概况 2 丰县，又名凤城，徐州市下辖县，位于江苏省徐州市西北部，界于东经 11621151165203，北纬 342425345627之间，地 处苏、 鲁、皖 三省七县交界处， 淮海经济区中心地带。
5、北与山东省的金乡、 鱼台 县接壤， 南与安徽省砀山、 萧县毗邻， 西接山东省单县、 东与本省铜山、 沛县相 连。丰县总面积1449.7 平方公里，南北长约59.2 公里，东西宽约46.6 公里。 处于淮海经济区中心地带和华北平原的东南边缘。 丰县历史悠久， 有“先有徐州后有轩， 唯有丰县不记年”一说。 是汉高祖刘 邦家乡、 又是天师张道陵家乡， 有“千古龙飞地， 一代帝王乡； 天师故里”的美 誉。 丰县境内河流原为自然河流， 东西走向， 建国后进行了全面治理， 以大沙河 为界， 东有郑集南北支流， 流向自西向东； 西有复新河水系， 流向自南向北， 废 黄河经过治理，引入长江水，形成了大沙河带状
6、水库。 丰县地处暖温带半湿润季风气候区，四季分明，日照充足，年平均气温在 15左右， 最冷月 （一 月） 平均气温-0.2， 最热月 （七月） 平均气 温 27.3， 年平均降水量约630.4 毫米，无霜期达200 天左右。 丰县已经形成以高等级公路和铁路为骨架， 水陆并举， 内联外延， 四通八达 的交通网络。境内徐菏（徐州菏泽铁路，徐宿 淮盐 铁路的一部分 ）铁路、在 建的丰沛铁路、 徐济 （徐州济宁） 高速公路穿境而过； 有省级公路三条 （S321、 S322、S254） ， 其中徐 丰一级公路 （S322） 连 接洛连 （洛阳连云港） 、 宁徐 （南 京徐州） 、 京沪 （北 京上海）
7、、 京福 （北 京福州） 高速公路； 丰县东有京沪 铁路、 南有陇海铁路、 西有京九铁路、 北有新石铁路。 丰县距陇海铁路 40 公里、 距京沪铁路70 公里、 距京九铁路100 公里、 距 徐州观音机场100 公里、 距商丘 机场 100 公里、距济宁 嘉祥机场 60 公里、距 沛县 农用机场 40 公里 、距连云港 码头300 公里。 正常情况下， 丰县至北京、 上海、 南京、 连云港分别只需7 小时、 6 小时、4 小时、2 小时。境内水运主航道有复新河五级航道及丰沛运河航道。 复新河航道与微山湖连接直通 京杭大运河 ， 丰沛运河亦与京杭大运河连接，水 运通过运河连接京杭大运河可通江达海
8、。 2.2 已有资料情况 3 （1） 江苏省全球导航卫星连续运行参考站综合服务系统 （以下简称JSCORS） 可为本项目提供高精度、现势性强的测绘基准服务； （2） 江苏省全省2017 年0.3 米影像数据为本项目提供基础影像和航线设计； （3） 江苏省B、C 级GPS 网共同构成的CGCS2000 大地坐标框架， 其成果为 2000 国家大地坐标系成果及1985 国家高程基准的高程成果。2002 年施测的江 苏省C 级GPS 控制点， 国家一、 二、 三、 四 等三角点， 均可以提供CGCS2000 坐 标，该成果可用于像控点起算数据和已知成果点的数据检核； （4） 似大地水准面成果： “十
9、二五” 期间完成的江苏省似大地水准面精化成 果，成果精度优于3cm，成果可用于高程数据的转换； （5） 江苏省 “十二五” 基础测绘成果数字高程模型 （DEM） 、 数字正射影像 （DOM）等资料作为其检校资料； （6）近 几年的 像控测 量历史成 果、像 控点库 可作为本 项目参 考、检 核及后 期成果检校数据。 3.引用文件 （1）CH/T 3006-2011数字航空摄影测量 控制测量规范； （2）CH/Z 3004-2010低空数字航空摄影测量外业规范 ； （3）CH/Z 3003-2010低空数字航空摄影测量内业规范 ； （4）CJJ/T 73-2010卫星定位城市测量技术规范 ； （
10、5）CH/T 2009-2010全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规范； （6）CH/T 1004-2005测绘技术设计规定 ； （7）CH 1016-2008测绘作业人员安全规范 ； （8）CJJ/T 157-2010城市三维建模技术规范 ； （9）CH/T 9015-2012三维地理信息模型数据产品规范 ； （10）CH/T 9016-2012三维地理信息模型生产规范 ； （11）CH/T 9024-2014三维地理信息模型数据产品质量检查与验收 。 4.成果主要技术指标和规格 4.1 测绘基准 （1） 平面坐标系统： 采用2000 国家大地坐标系 （CGCS2000）， 高 斯 -克
11、吕格 投影，中央子午线117，3分带。 4 （2）高程基准：1985 国家高程基准。 4.2 基本精度指标 地面影像分辨率优于0.05 米。 空三加密基本定向点平面位置残差不大于 0.3 m，高程残差不大于 0.26m。 检查点平面位置误差不大于0.5m； 高程误差不大于0.4m。 （阴影、 摄影死角、 隐 蔽等特殊困难地块误差可适当放宽0.5 倍） 三维模型的平面精度、 高度精度均达到级， 平面中误差不大于0.8m，高 度 中误差不大于1m。地 形（DEM） 格网点平地高程中误差不大于0.37m。 （阴影、 摄 影死角、隐蔽等特殊困难地块误差可适当放宽0.5 倍） 三维模型景观效果达到二级模
12、型景观的要求。 4.3 成果数据格式 航片成果格式为*.jpg；三维模型成果数据格式*.osgb。 5.设计方案 5.1 软、硬件环境及其要求 5.1.1 硬件环境及其要求 （1）固定翼无人机、多旋翼无人机、操控设备等； （2）倾斜相机（2 镜头或3 镜头或5 镜头等） ； （3）高、中档微机、图形工作站等； （4）双频GNSS 接收机。 5.1.2 软件环境及其要求 （1） ContextCapture Center、pix4dmapper、photoshop 等数据处理软件。 （2）无人机地面站软件； （3）GNSS 接收机相应的商用数据处理软件； （4）江苏省2000 国家大地坐标系基准
13、转换平台。 5.2 作业技术流程 5 资料收集 设计方案制定 航空摄影 像控测量 空三加密 全自动三维建 模 质量检查 成果整理上交 否 方案审批 模型修饰 过程检查图 2：作 业技 术流 程图 5.3 各工序的作业方法、技术指标和要求 5.3.1 准备工作 本项目拟 采用无 人固定 翼航飞平 台搭载 多镜头 进行倾斜 影像获 取,地 面影像 分辨率要求 0.05 米。 根据甲方确定范围后，至现场进行现场踏勘，制定航飞方 案， 确定采用的飞机类型、 相机类型， 人员安排等。 在经过现场踏勘后， 本项目 拟采用飞马 F200 固定翼无人机，搭载 SONY QX1 倾斜相机（镜头角度为左 38 左
14、倾，右25后倾） 。 6 图3： 飞马F200 无人 机及相 机 参数 5.3.2 航空摄影 5.3.2.1 航高设计要求 丰县主城区地势平坦， 按照一个航摄分区进行航飞。 航高根据所航摄区域楼 高、地面分辨率、现场周边情况综合考虑设计。航高示意图及公式如下： 图 4：航 高示 意图 a GSD = f h式中：h飞行高度 f镜头主距(20mm) a像元尺寸(4.3m) GSD地面分辨率(优于0.05m) 在相机正射地面时相对航高最大不超过232m。 由于搭载相机为左38左倾， 右25后倾，为满足地面分辨率优于5cm,故飞机飞行高度不得大于182.8m。 5.3.2.2 航线布设、飞行质量及影
15、像质量要求 倾斜模块 镜头数量 2 传感器尺寸 23.2mm *15.4mm 有效像素 2010 万（54563632） 镜头参数 20mm 7 （1）航线布设 航线应按摄区走向直线方法敷设， 平行于摄区边界线的首未航线必须确保侧 视镜头能获得测区有效影像。 采用双镜头布设航线时需东西航线布设后再进行往返飞行， 保证多角度获取 倾斜摄影影像。 （2）飞行质量 航向覆盖超出摄区边界线至少3 条基线 （摄影进点与摄区边界距离应大于H （2tg前视+ tg后视） ，摄影出点与摄区边界距离应大于H（2tg后视+ tg前视） ） 。 分区边界覆盖应满足分区模型生产的要求。 像片航向重叠度一般设计为 70
16、%80%，旁向重叠度一般设计为 50%80%。 航摄中出现的相对漏洞和绝对漏洞均应及时补摄， 应采用前一次航摄飞行的数码 相机补摄，补摄航线的两端应超出漏洞之外的两条基线。 按照设计航高飞行，实际航高与设计航高之差不应大于 50 米。同一 航线上 相邻像片的航高差不得大于30 米，最大航高与最小航高之差不应大于50 米。 （3）影像质量 摄影时天气情况要求良好， 确保有足够的光照度， 摄影时太阳高度角应大于 45，阴影不大于 1 倍。摄影时间要求为 1015 时为最佳选择。 影像质量 特别强 调影像 清晰，反 差适中 ，颜色 饱和，色 彩鲜明 ，色调 一致， 相同地物的色彩基调基本一致。 有较
17、丰富的层次， 能辨别与地面分辨率相适应的 细小地物影像，能够建立清晰的立体模型。 影像上不应有云、 云隐、 烟、 大面积反光、 污 点等缺陷。 虽然存在少量缺陷 但不影响立体模型的连接和三维模型建立， 可以用于三维模型生产。 拼接影像应 无明显模糊、重影、错位现象。 5.3.2.3 飞行控制要求 （1）飞行前对本架次使用的设备、材料进行认真检查； （2）航摄现场负责人要严格掌握天气标准，确保航摄影像质量； （3）飞行前应组织外业工作人员进行航线设计的技术讲评； （4）飞 行前， 严格按 照飞行检 查单的 要求进 行飞行前 检查， 确保设 备安装8 和各项设置正确无误； （5）飞 机及人 员抵达
18、 测区后， 立即安 排设备 和材料的 试飞试 照，为 正式作 业做好准备工作； （6）作 业期间 ，对飞 机、倾斜 相机等 主要设 备和电源 系统、 记录系 统进行 定期检查， 使其保持良好工作状态。 注意机体上各部位螺母的检查和飞控系统的 测试，确保飞行安全。 5.3.3 像控测量 5.3.3.1 像控布设 （1） 像片控制点是航测内业加密和图的依据。本 项目像片控制点采用 基于 JSCORS 网络 RTK 技术施测，一般情况下布设均为平高点。 （2）像 片控制 点按区 域网布设 ，由于 倾斜摄 影重叠度 高、有 多视角 影像， 计算机密集点云数据匹配功能强等， 外业布设像控点位基线跨度可适
19、当放宽， 但 在加密过程中检查点精度需满足精度指标。 （3）鉴 于目前 使用的 软件在空 三加密 区域网 平差计算 上已具 备先进 完善的 功能， 区域网大小根据航摄飞行情况、 地形情况、 计算机运算能力等进行综合划 分， 区域网之间的像片控制点应尽量选择在上、 下航线重叠的中间， 相邻区域网 尽量公用像控点。 5.3.3.2 像控点判刺 （1）像 控点应 选择刺 于影像清 晰，易 于判别 ，如选择 交角良 好的细 小线状 地物的交点、 明显地物拐角点等， 同时应是高程变化较小的地方， 易于准确定位 和量测。 （2） 像控点采用统一编号， 平高像片控制点冠以 “P” ， 流水编号如：P001、
20、 P002。 5.3.3.3 像控点联测 （1） 像控点联测采用采用基于JSCORS 的网络RTK 作业方式联测。 利用似大 地水准面数据直接求定像控点高程。 （2）利 用 GNSS 网络RTK 作业模式进行像控测量时， 应联测测区内高等级控 制点，以提高成果的可靠性。 （3）GNSS 网络RTK 作业时应遵循以下要求： 9 卫星截止高度角15； 观测可用卫星个数5； PDOP 值6； RTK 观测前应设置平面收敛阈值不应超过 2cm，垂直收敛阈值不应超过 3cm； 观测次数2，每次观测应重新初始化； 采用三角支架对中整平，每次观测历元数应不少于10 个； 各次测量的平面坐标分量较差不应大于
21、2cm，高程较差不应大于 3cm， 各次结果取中数作为最后成果。 （4）像 控点联 测结束 后的坐标 应及时 展点检 查，防止 出现粗 差，确 保下工 序的空三加密能得以顺利进行。 5.3.4 空中三角测量 在空中三角测量前， 先对原始影像进行预处理， 对原始影像进行色彩、 亮度 和对比度的调整和匀色处理。 匀色处理应缩小影像间色调差异， 使色调均匀， 反 差适中，层次分明，保持地物色彩不失真，不应有匀色处理的痕迹。 空中三角测量由于倾斜航空摄影测量由于摄影倾角大， 影像变形严重； 分辨 率变化大， 尺度无法统一； 重叠数多， 需要多视处理等特点， 使其空中三角测量 有异于常规数码航空摄影测量
22、中的空中三角测量方式。 常规的空三加密软件一般 都不能实施， 需要多视角航空摄影测量空中三角测量专业软件进行数据处理。 具 体步骤如下： 图5：ContextCapture Center 空三 建模 流程 空中三角测量采用ContextCapture Center 软件，将 相机参数、影像数据、 POS 数据进行多视角影像特征点密集匹配， 并以此进行区域网的自由网多视影像 联合约束平差解算， 建立在空间尺度可以适度自由变形的立体模型， 完成相对定 原始影像 相机文件 POS 文件 多视角影像 密集匹配 区域网平 差 三维TIN 格 网构建 白体三维模 型的创建 自助纹理 映射 三维场景10 向
23、； 将外业测定的像片控制点成果， 在内业环境中进行转刺， 利用这些点对已有 区域网模型进行约束平差解算， 将区域网纳入到精确的大地坐标系统中， 完成绝 对定向。空三结束后应及时查看精度报告以符合4.2 基本精度要求。 5.3.5 全自动三维建模和模型修饰 全自动三维建模采用多机多节点并行运算的 ContextCapture Center 软件进 行， 建模流程如图5。 将空三后的成果数据直接提交生成三维TIN 格网构建、 白 体三维模型创建、自助纹理映射和三维场景构建。 模型修饰原则上只对水域空缺或模型漏洞进行修补， 采用smart3d 软件和水 面或补飞数据进行约束干预后重新生成模型，使模型
24、不存在漏洞。 生产的模型应满足一下要求： （1 ） 三维模型是根据 倾斜影像匹配确定体块 构模而成，地形、建筑 物等模 型一体化表示， 模型的纹理以获取的航空影像表现。 建筑物三维体块模型应完整， 位置准确、具有现实性，应于获取的航空影像表现一致。 （2 ） 建筑物三维模型应精准反映房屋屋顶及外轮廓的基本特征。在 200m 视点高度 下浏览 模型， 模型没有 明显的 拉伸变 形或纹理 漏洞， 不存在 拉伸变形、 侧视。 当所在区域建筑物较为密集， 或建筑物较高， 存在相互遮挡时， 则无法获 取遮挡部分建筑物的侧视纹理， 相应的模型无法表现其全部的细节， 允许出现些 许的拉伸变形。 （3）建 筑
25、物模 型的高 度与平面 尺寸应 于实际 保持一致 的比例 ，建筑 物模型 高度误差不超过10%，并且完成的三维图像能够清晰的分辨重点装置情况。 5.4 管理体系保证措施 本项目严格按照质量、 环境、 职业健康安全管理体系文件要求， 认真做好各 项工作， 坚持高起点、 严要求、 认真监督检查， 确保外业测量安全、 文明和规范。 5.4.1 质量保证措施 在质量方面严格按策划的要求对生产与服务的过程进行控制， 确保作业人员 获得有效的技术设计书， 按规定的方法和作业流程进行作业； 按技术设计书的要 求提供必要的仪器设备和软件， 确保仪器设备在检校有效期内且状态完好，并 按 规范做好 作业过 程中的
26、 仪器校验 ；按技 术设计 书的要求 填写并 保留必 要的记录； 按规定对产品进行标识； 按规定对顾客提供的资料进行保护 （包括知识产权） 和11 验证（完好性、适用性） ；按技术设计书的要求提交成果。 质量检查严格按照CH/T 9024-2014三维地理信息模型数据产品质量检查 与验收 的要求执行。 项 目严格执行两级检查制度， 在作业队自查互校的基础上， 生产单位应组织专职质量检查员进行100%的过程检查，过程检查中发现产品质 量或精度不符合成果要求的， 须分析原因， 采取有效纠正措施， 杜绝不合格工序 产品进入下工序。最终检查由院质保科组织实施，最终检查的检查比例应符合 CH/T 902
27、4-2014三维地理信息模型数据产品质量检查与验收的规定。 5.4.2 环境、职业健康安全保证措施 本项目坚持安全第一、预防为主、综合治理、以 人 为本，系统管理的方针， 健全管理体系， 建立安全生产责任制及相应检查制度， 确保作业环境、 职业健康 安全。 在作业前做好必要的准备工作如对所有作业人员进行安全意识教育； 了解测 区有关危害因素和测区重点防护事项； 按规定配备劳动防护用品； 对车辆进行安 全检查等。 作业过程中要注意事项如下： 外业进行航空摄影前宜至当地相关部门进行报 备； 在航飞前应确保安全的前提下进行， 须充分了解周边建筑高度情况及是否为 禁飞区； 航飞作业须由专业性人员进行操控， 应做好航飞前安全检查、 试飞及飞 行过程中监视工作； 航飞起降场地宜选取在人流量较少， 场地较空旷处。 外业作 业进入相关单位， 应先出示相关证件再进行作业； 驾驶车辆安全性； 野外测量人 员的防护；仪器设备野外作业防护；人员饮食健康防护；住宿安全等。 5.5 上交和归档成果及其资料 （1）项目技术设计书； （2）项目技术总结； （3）航空摄影影像数据； （4）像控资料成果； （5）三维倾斜摄影模型数据。
