三维实景建模与DOM生产技术方案Word下载.docx

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2000数字表面模型》（CH/T9022-2014）；

11、《数字表面模型航空摄影测量生产技术规程》（CH/T3012-2014）；

12、《基础地理信息数字成果1:

2000数字高程模型》（CH/T9008.2-2010）；

13、《基础地理信息数字成果1:

2000数字正射影像图》（CH/T9008.3-2010）；

14、《基础地理信息数字成1:

500 

1:

1000 

2000 

5000 

1000数字表面模型》CH/T 

9022-2014

15、《三维地理信息模型数据产品规范》（CH/T9015-2012）；

16、《三维地理信息模型生产规范》（CH/T9016-2012）；

17、《国家基本比例尺地形图分幅和编号》（GB/T13989-2012）；

18、《影像控制测量成果质量校验技术规程》（CH/T1024-2011）；

19、《数字正射影像图质量校验技术规定》（CH/T1027-2012）；

20、《测绘成果质量检查与验收》（GB/T24356-2009）；

21、《中华人民共和国行政区划代码》（GB/T2260-2007）；

22、《数字测绘成果质量检查与验收》（GB/T18316-2008）；

23、《航空摄影成果质量检验技术规程第2部分：

数字航空摄影》（CH/T1029.2-2014）

24、《三维地理信息模型数据产品质量检查与验收》

（CH/T9024-2014）；

25、《测绘技术设计规定》（CH/T1004-2005）；

26、《测绘技术总结编写规定》（CH/T1001-2005）；

27、《测绘作业人员安全规范》（CH1016-2008）；

28、《无人机航摄安全作业基本要求》（CH/Z3001-2010）；

29、《基础地理信息数字产品元数据》CH/T1007-2001；

17.1.4航空摄影要求

1、传感器要求

倾斜摄影数码传感器镜头个数不少于5个，其中1个必须保证垂直向下，其它前、后、左、右四个方向倾斜角度不得小于40度。

2、航摄季节

在规定的航摄期限内，选择地表植被及其它覆盖物（如：

洪水等）对成图影响较小、云雾少、无扬尘（沙）、大气透明度好的季节进行摄影。

3、摄影时间

根据地形条件的不同，严格按规范规定的太阳高度角要求选择摄影时间。

4、飞行质量

（1）覆盖保证

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，否则视为不合格。

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×

（2tgθ前视+tgθ后视），摄影出点与摄区边界距离应大于H×

（2tgθ后视+tgθ前视））。

分区边界覆盖应满足分区模型生产的要求。

不同地形条件下的像片航向和旁向重叠度参考指标：

地形类别

航向/旁向重叠度

密集建筑区

少量建筑区

无建筑区

平地

≥85%

75%±

5%

65%±

丘陵地

≥75%

70%±

山地（最高点）

考虑飞行中航线及姿态的保持情况，要相应地增加旁向重叠率。

（2）旋偏角

由于倾斜摄影采用多镜头多角度摄影，因此在像片航向和旁向重叠度符合规范要求的前提下不作严格要求，但垂直镜头影像最大不得超过20º

。

在一条航线上达到或接近最大旋偏角限差的像片数不得连续超过5片；

在一个摄区内出现最大旋偏角的像片数不得超过摄区像片总数的10％。

在高差特别大的地区，可以插补航线。

（3）影像质量

影像的地面分辨率优于0.10米。

为确保成图精度，应特别注重影像质量。

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。

有较丰富的层次、能辨别与地面分辨率相适应的细小地物影像，满足外业全要素精确调绘和室内判读的要求。

（4）当采用GNSS、POS等辅助航空摄影技术，应参照相应的规范或标准执行。

（5）补摄与重摄

航摄过程中出现的绝对漏洞、相对漏洞及其它严重缺陷必须及时补摄。

漏洞补摄必须按原设计航迹进行。

补摄航线的长度应满足用户区域网加密布点的要求。

对于不影响内业加密选点和模型连接的相对漏洞及局部缺陷（如云、云影、斑痕等），可只在漏洞处补摄。

补摄航线的长度应超出漏洞外一条基线。

应采用同款设备进行补摄。

17.1.5项目成果主要技术指标

1、坐标基准

（1）坐标基准

数字真正射影像图、数字表面模型数据坐标系统：

中山市统一坐标系统、1980西安坐标系统、2000国家大地坐标系；

高斯-克吕格投影，3度分带，数据成果不加坐标带号。

（2）高程基准：

1985国家高程基准

2、分幅与编号

数字真正射影像图、数字表面模型均采用1:

2000标准分幅50cm×

50cm矩形分幅外扩20米进行裁切，其图幅编号采用图廓西南角坐标编号法编号；

3、数据格式

航片成果格式为*.jpg；

数字真正射影像格式为*.tif；

数字表面模型格式为*.img;

三维模型成果数据格式为*.obj和*.osgb。

4、技术指标

（1）数字真正射影像图:

a）地面分辨率为0.1m，色彩模式为24位真彩色、影像图应反差适中、色调均匀、纹理清楚、层次丰富、无明显失真、灰直方图一般呈正态分布、无明显拼劲痕迹，无影像缺损而造成无法判读影像信息和精度的损失；

b）平面位置中误差平地、丘陵地±

0.6米，山地、高山地±

0.8米。

c）数字真正射影像图接边精度误差不大于4个像元。

（2）数字表面模型（DSM）

由格网间距为2.0m×

2.0m的规则格网数字表面模型数据和元数据组成。

精度要求按照相关规范执行。

（3）三维模型

a）三维模型平面精度应满足1:

2000的精度要求：

模型的平面精度≤±

0.6m，模型的高程精度≤±

1m。

建筑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%，最大不得超过2m。

b）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。

c）建筑物三维体块模型应完整，位置准确、具有现势性，应于获取的航空影像表现一致。

d）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300m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，不存在贴图模糊与拉伸变形、侧视为合格。

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。

17.1.6提交成果资料

以下成果涉及电子数据的，均需提供光盘一套；

涉及的技术文档资料需签字盖章。

1、文档资料

（1）项目技术设计书；

（2）项目技术总结报告；

（3）两级检查、一级检验的报告。

2、航摄成果资料

除下列成果资料外，其它成果资料根据航摄所采用的飞机类型确定，须在技术设计书中列明并通过采购方审核后方可实施。

（1）原始航空影像数据1套（存储介质为硬盘，真彩色影像）；

（2）航片示意图；

（3）航空摄影飞行记录表；

（4）航摄鉴定表1份；

（5）航空摄影资料移交书1份；

（6）航空摄影专业技术设计书等其他相关数据、文档等成果。

3、数字真正射影像图、数字表面模型成果资料

（1）项目范围内150平方公里的数字真正射影像图（TDOM）（*.tif格式），中山市统一坐标系、国家2000坐标系、西安80坐标系各一套（存储介质为硬盘，分辨率不低于0.1m）；

（2）像控成果和空三加密成果各一套（含观测数据、计算资料、展点图等）；

（3）项目范围内150平方公里的数字表面模型（DSM）（*.IMG格式），中山市统一坐标系、国家2000坐标系、西安80坐标系各一套（存储介质为硬盘，格网间距2.0m×

2.0m）

（4）数字真正射影像图、数字表面模型分幅成果接合图表；

（5）所有技术资料及数据成果电子文档；

（6）各种测量原始记录和计算资料；

（7）按照地理信息元数据标准提供产品的元数据。

4、三维实景成果资料

150平方公里的三维实景模型数据（*.obj和OSGB格式），中山市统一坐标系、国家2000坐标系（经纬度）、西安80坐标系各一套。

（存储介质为硬盘）。

17.2技术设计

17.2.1航摄概况

17.2.1.1航摄范围

本项目实施区域为中山市，地处珠江三角洲中部偏南的西、北江下游出海处，隶属于广东省。

施测范围主要覆盖中心城区及附近地区，面积150平方公里，具体位置和面积以采购人提供的位置图为准。

17.2.1.2航摄使用仪器

航摄任务使用集成5台5300万像素CANON的多视角航空照相机系统，包括1台垂直和4台倾斜照相机。

并可以对垂直镜头和4个倾斜镜头的影像进行快速直接定向，并结合后处理软件软件进行后处理解算，直接获取每个镜头影像的外方位元素。

相机参数：

传感器类型

CMOS

传感器尺寸

全画幅（36*24mm）

最大像素数

5300万

有效像素

5060万

影像处理器

BIONZX

最高分辨率

8688×

5792

倾斜摄影相机由5个相机组成。

其中，camera0镜头垂直向（正摄镜头），其他4个倾斜相机镜头如图所示分别固定在camera0的前后左右，分别用于获取地物东南西北四个侧面的影像，倾斜角均为40°

倾斜摄影相机工作时，5个镜头并非同时曝光，而是不同的相片重叠度采用不同的曝光顺序。

其曝光顺序为N、R、F、N、L、N、B。

其中，N代表中心正摄镜头；

R代表右侧镜头；

F代表前侧镜头；

L代表左侧镜头；

B代表后侧镜头。

图17-2-1-1：

相机系统成像架构

17.2.2航线设计

17.2.2.1航带设计基本要求

航带设计是航摄任务的重点，它的主要任务是根据航摄任务的要求完成航摄的分区、相机曝光点的敷设，并将设计结果以—定的格式发送飞机的飞控系统，完成航摄任务。

航带设计结果的好坏直接影响最终航摄结果的质量高低，为实现精准化的航带设计，先实现初始多边形航带设计，基于已设计航线对航摄区域进行划分，在此基础上对航摄曝光点的航向和旁向重叠度进行探测，实现精准化、自动化的航带设计。

图17-2-2-1：

航带设计流程图

（1）航带设计基本要求

根据我国制定的大比例尺航空摄影标准和《低空数字航空摄影测量外业规范》、《1：

5001：

10001：

2000地形图航空摄影规范》航摄的影像质量有如下规定：

1）航摄影像要确保全摄区无盲区，不得出现航摄漏洞，航向重叠度一般应在65％-80％之间；

旁向最小不小于13％；

2）航摄像片倾斜角一般不大于2°

，航摄区域边界覆盖：

应保证航向超出测区边界至少一条基线，旁向超出边界不小于像幅的30％。

基于以上技术规定，在确定航摄任务要求和航摄相机的机型后，根据航空摄影测量知识可计算获得航摄的基本参数：

a、航摄相对高度

指摄影机物镜相对于某一基准面的高度，常称为摄影航高，根据数码航摄成像公式：

f/h=P/GSD，可知，h=f*P*GSD。

即航摄相对高度由相机焦距f、相机像元大小P、地面分辨率GSD共同决定。

b、航摄基线

航摄基线是指是在航空摄影作业中，航摄仪器接连两次曝光瞬间镜头中心间的距离，它由航向重叠度和地面像幅长度共同决定：

B=（1-Py）*P*Rh。

其中Rh为航向分辨率，P为像元大小，Py为航向重叠度。

c、航线间隔

航线间隔为航空摄影中相邻两条航线之间的地面距离：

D=（1-Px）*P*Rp。

其中Rp为旁向分辨率，P为像元大小，Px为旁向重叠度。

（2）坐标转换

由于航摄基线和航线间隔均采用的是平面坐标系统，而惯性导航系统、飞控系统以及航摄区域坐标通常采用的是WGS84坐标系统，因此，首先要对航摄区域经纬度转换为高斯平面坐标，再进行航带设计，在完成曝光点的敷设后再将曝光点转化为WGS84坐标。

航摄由于其自身续航的限制，一般进执行小区域的航摄任务，地球曲率影响较小，故采用简化的高斯正反算方式以实现地面坐标与椭球坐标之间的转换。

17.2.2.2自适应多边形航线敷设

航摄区域的划定往往是根据人类居住范围进行划分，航摄区域多为不规则多边形。

传统的航带设计方法采用生成外包围矩形的方法来实现航摄区的全覆盖，但该方法带来大量的航摄像片冗余，为后期的人工处理增添了大量不必要的工作量。

本项目针对航摄区域的不规则性，采用扫描线方法实现多边形区域航带设计的自适应性。

（1）最佳航摄方向计算

在航摄工作中，转弯过程中并不执行航摄工作，且转弯时需耗费大量的能量与时间，造成了燃料和时间的浪费。

因此，针对航摄任务区为凸多边形的航带覆盖规划，如何寻找转弯次数最少的航带设计方案是提高航拍效率的关键。

对于多边形区域，只有当以多边形最小跨度即宽度支撑平行线方向的姿态进行航空拍摄时方可满足最少转弯次数的要求。

本项目中采用凸多边形宽度计算法进行相关的最小跨度解算。

（2）多边形区域曝光点敷设

在完成航线定向后，需对曝光度进行敷设。

根据航线间距确定每条航线的位置，并根据航摄基线确定每条航线上曝光点的位置。

具体步骤为：

图17-2-2-2-1：

航线敷设示意图

1）以K作为航摄的起始点，以K％为初始航线，求取该航线的斜率K，依次用平行于K的直线对多边形区域进行穿刺切割；

根据旁向间距依次计算每条航线所在直线方程：

y=K*x+n*s。

其中s为平移间距，n为平移的次数。

2）判断直线y=K*x+n*s与各边的交点，判断方法为对于多边形的每条边的两个顶点，计算其与直线的关系，当顶点位于直线两侧或在直线上时表明该边与直线相交，计算该条边所在直线与l的交点，遍历各条边，求取2个交点，当直线与多边形顶点相交时，将计算获得3个交点，可通过结果对比的方式删除多余的点。

确保得到直线与多边形的2个交点。

3）根据直线与多边形的交点可获得其与多边形的交点线段，为保证航摄区域边缘不出现影像缺失现象，现将线段起始点各增加一个曝光点，然后对线段按照航线间距进行曝光点的敷设，顺次完成所有航线的敷设。

4）在完成所有曝光点的敷设后，根据坐标转换参数，将坐标进行转换成WGS84坐标系下经纬度坐标。

通过以上步骤，初步完成了凸多边形的航带设计，对于部分情况下出现凹多边形航摄区域时，采用凹多边形转换方法，通过角度计算的方式获取凹多边形点的位置，将凹多边形左右两侧的点进行连接，将凹多边形补充为凸多边形，然后依据凸多边形航带设计方法进行航带的敷设，凹多边形转凸多边形的方法现己较成熟，在此不再赘述。

图17-2-2-2-2：

凹多边形转凸多边形示意图

17.2.2.3航摄分区优化

本项目航摄相对传统航空摄影测量面积较小，往往对航摄分区的考虑较少或仅仅依靠地图手工绘制，不但效率低下，而且精度不高，从而导致成图比例尺有较大偏差。

航摄分区的精确性直接决定航摄测量成果的精度和质量，传统的基于DEM的航空摄影设计方案，为了便于后期图像的拼接和空三解算，航摄过程中一般保持航摄高度不变，多采用区域最大高程点为计算依据，使航线的重叠度满足最高点重叠度要求，精准度不高，且会导致部分地区航摄重叠度的浪费。

因此，当航摄区域面积较大时，由于航摄区域的不同的地形（如丘陵、山区）的地势起伏频繁，高程悬殊较大，为统一航摄结果的比例尺，确保航摄区域的成图的精度一致性，需要考虑相邻航线区域的地形接近程度，对高差较大区域进行分区航摄。

针对上述问题，本项目采用区域高程统计相结合的方式来实现航线的自适应调整。

本项目中以传统航摄分区方法为基础，将航线作为为计算依据对航摄区域进行分区，根据对不同的分区结果采用不同的航摄高程，其基本思想是用航摄区域的高程自动计算取代大量人工读点的工作量，将高差符合原则的相邻航线单元区合并为一个航区，实现航摄区域的划分和航高的设计。

图17-2-2-3-1：

航摄任务区域划分示意图

（1）先验航摄高度的确定

由于在空中航摄过程中受气流等因素影响，不能保持直线飞行，导致航向发生弯曲，同时航摄区域地面地势起伏不平，以上原因都将影响航摄像片的实际航向重叠度，为保证后期像片立体量测和拼接的需要，一般要求实际航向重叠度在60％以上，旁向重叠度要求在24％以上。

为此需充分考虑航摄区域的地形地貌条件，精准计算航摄高度参数：

航摄的绝对高度H，它由航摄基准面高度h0和相对航摄高度h共同决定。

一般现有的航空摄影测量中，航摄基准面的确定仅考虑航摄任务区域最高和最低高程，采用h0=（hmax+hmin）/2的方式求取，该方法计算简单，但对与西部山区地形起伏频繁的情况，不能达到很好的适应效果。

本项目对航摄任务分区的区域高程进行统计分析，获取区域精确的平均高程作为航摄基准面，同时通过计算确定航摄高度与区域最高点的关系，确保航摄高度大于区域最高点100m以上，以保证飞机的飞行安全。

（2）基于航线的航摄分区方法

多边形自适应的航带设计己初步完成航线的敷设，根据各条航线的编号，依次计算各航线对应地面航摄区域的高程平均值及与相对航高的差值，当相邻的两条航线i和i+1对应的地面航摄区域的平均高程差值不大于1/6相对航高时，将该两条航线合并为一个区域，当相邻的两条航线i和i+1对应的航摄区域的平均高程差值大于1/6相对航高时，则将第i+1与i+2，i+3条航线对应的平均高程进行比较，当三条航线之间的差值小于50m时则将三条航线归并为一个新的区域，设置航线的区域属性值directlD为2；

若三条航线直接差值不满足以上条件时，则将其归并为原区域设置航线的区域属性值directID为1；

并依此比较余下的航线。

图17-2-2-3-2：

航摄任务分区流程图

由于航摄分区时对地形精度要求并不高，为提高区域划分的效率，采用低精度DEM数据（90m分辨率）作为基础数据，并截取航摄任务对应多边形区域DEM以实现每条航线对应地面航摄区域的高程统计，具体的截取方法为：

1）根据航摄方向，确定航摄像片的方向，由于像片的分辨率为确定值，因此根据角度关系可以计算出航摄相片四个个角点的坐标，结合航摄比例尺和像机分辨率，可以计算获得像片航摄方向地面区域对应的长和宽，分别为：

像片地面长度=像幅横向分辨率+单个像素的地面分辨率（GSD）；

像片地面宽度=像幅纵向分辨率+单个像素的地面分辨率（GSD）；

图17-2-2-3-3：

航摄任务地面区域坐标计算

根据P1、P2点的坐标和矩形区域的宽度AB，可以根据航摄方向计算出A、B、C、D对应的点位的经纬度坐标。

.

图17-2-2-3-4：

航摄像片覆盖区域示意图

图17-2-2-3-5：

航摄区域栅格计算示意图

2）根据求得的矩形ABCD的坐标进而可以求得该矩形的最小包围矩形的坐标值，根据栅格DEM的元数据，通过仿射变换，可求得矩形区域的每个栅格的行列号和其对应的经纬度坐标值。

3）对外包围矩形中的每个栅格点判断该点是否位在矩形ABCD范围内，采用适应于任意多边形的点位关系判别法，具体为：

判断某栅格点P与多边形的位置关系，首先将栅格点的行列号转换为经纬度坐标点，则过P点做平行于x轴的平行平行线y=Py，，当其与该多边形的交点为奇数个时，P点在多边形内部。

图17-2-2-3-6：

点与多边形关系示意图

4）对于在多边形内部的点将其存入一个白定义的链表List<

GeoPoint>

中，其中GeoPoint中包含了该点栅格行列号、经纬度坐标及高程的定义；

依次判断外接矩形中的所有栅格点，即可获得不规则多边形内的所有点的高程值，进一步可获得该区域的平均高程值及最大、最小高程值。

就此完成了一条航线对应地面区域的高程统计，依次进行其余航线的高程统计，并根据高差比较原则完成航摄区域的划分和航摄高度的设定。

17.2.3航测控制点布设

17.2.3.1航测布设控制点的原则

根据本项目航测的特点，我们按照以下原则其进行布设控制点。

（1）在区域的四周布设平面控制点，在区域较大时，可以采用点组形式布设。

对于航空摄影，点组一般是指控制点之间的距离相离200-300m的几个点，有利于提高整体精度。

（2）高程控制点应布成锁形。

在高精度加密平面点位时，仍需要布设适当的高程控制点，以保证模型的变形不一致对平面坐标产生影响。

（3）如果用地面测量观测值代替或加强区域网的控制点，则有关平面的观测值（如距离、水平角、方位角等）最好布在区域周边或四周有关高程的相对观测值（如高差、高度角等）应平行于航带方向布设。

17.2.3.2控制点的密度和分布对空三精度的影响

（1）控制点的密度对空三精度的影响

采取点组均匀布设时，控制点的密度过小，多余航测控制点布设方案的观测量不足，会影响到解算精度。

适当增加控制的密度，可提高空三解算的精度，但是并不是控制点密度越大越好，过多的控制点不但大大增加外业和内业的工作量，而且对于空三精度的提高并没有太多的作用，性价比不高。

（2）控制点的分布对空三精度的影响

由于区域网空中三角测量的精度最弱点位于区域的四周，而不在区域的中央，区域内部精度高而且均匀，精度薄弱环节在区域的四周。

从各方案比较分析可以得出：

在条件允许的情况下，控制点应该均匀布设在摄区，并且要加强测区边角的控制。

这样做不但可以在满足精度要求条件下减少