通用城市实景三维数据生产项目技术设计书.docx
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通用城市实景三维数据生产项目技术设计书
密级:
编号：
某城市实景三维数据生产项目
技术设计书
某测绘院
某年某月某日
某城市实景三维数据生产项目
技术设计书
项目承担单位（盖章）：
设计负责人：
某测绘院主要设计人：
审核意见：
审核人：
年月日
年月日
批准单位（盖章）：
审批意见：
审批人：
年月日
1概述1
1.1项目来源1
1.2项目意义1
1.3测区概况1
1.4任务概况2
2资料情况3
2.1基础控制资料3
2.2图件资料3
3引用文件4
4规格及主要精度指标5
4.1数学基础5
4.2数据规格5
4.3主要精度指标5
4.3.1数字航空摄影测量5
4.3.2空中三角测量5
4.3.3实景三维数据产品精度要求6
4.4阶段成果坐标系统的规定6
5总体作业流程7
6倾斜摄影8
6.1摄区范围9
6.2航摄系统9
6.3航摄技术基本设计9
6.4采用的遥感设备性能11
6.5地面GPS同步观测12
6.5.1地面GPS布设12
6.5.2GPS接收机与观测13
6.6飞行检校场13
6.7影像数据预处理及检查14
6.7.1影像数据预处理要则14
6.7.2影像数据的检查要则15
6.7.3影像处理流程15
6.8POS数据处理16
6.9实施工作量设计16
6.9.1飞行工作量16
6.9.2精度检校场外业与内业工作量16
6.9.3GPS基准站布设与周边河北CORS站数据的使用16
6.9.4精化大地水准面资料的引用16
6.9.5数据下载转换、预处理工作量17
6.10质量检查内容17
6.10.1数据获取质量控制17
6.10.2POS数据质量控制原则18
6.10.3飞行质量控制18
6.11阶段成果18
7像片控制测量19
7.1像控布点方案19
7.2像控点点位要求20
7.3刺点、整饰及现场记录20
7.3.1刺点要求20
7.3.2整饰要求21
7.3.3现场记录21
7.4像片控制测量22
7.5阶段成果23
8空中三角测量优化23
8.1空三优化24
8.1.1STREETFACTOR空三模型Y24
8.1.2
错误！
未定义书签。
错误！
未定义书签。
错误！
未定义书签。
错误！
未定义书签。
组文件（GROUPFILE）制作25
8.1.3生产连接点文件
8.1.4空三优化工具
8.1.5连接点调整
8.1.6空三优化过程参数设置
8.1.7空三精度评价标准错误！
未定义书签。
8.1.8增加控制点25
8.1.9空三成果提交26
8.1.10输出纠正影像26
8.2空三优化质量控制措施26
8.3阶段成果26
9实景三维数据生产26
9.1实景三维数据生产27
9.1.1实景三维数据生产系统管理27
实景三维数据生产流程27
9.1.2坐标系统转换27
国家大地坐标系与地方坐标系的转换
9.2实景三维数据生产质量控制措施27
9.3提交成果28
10质量控制28
10.1检查验收的程序28
10.2检查比例29
11项目进度29
12
错误！
未定义书签。
项目预算
1概述
1.1项目来源
某市国土资源局委托某测绘院制作市区内80平方公里的实景三维数据产品，完成时
间为年月日。
1.2项目意义
随着二十一世纪的互联网、计算机、3S、虚拟现实等技术的飞速发展，给地理信息技
术手段带来前所未有的变革：
利用倾斜摄影技术，通过对影像的平面、高程、结构、色彩、
纹理等的数字化处理，按照统一坐标无缝拼接，迅速建立城市实景三维数据产品，人们可
以直观的从三维模型上判读山川、河流、楼宇、道路。
借助传统平面地图的概念，叠加空
间矢量数据，地物兴趣点数据形成城市实景三维数据展示系统。
与传统二维WEBGIS系统
相比，城市实景三维数据展示系统突破平面地图对空间描述二维化、三维空间尺度感差、
没有要素结构与纹理信息等诸多限制，通过对真实地形、地物、建筑的数字化三维模拟和
三维表达，提供给使用者一个与真实生活环境一样的三维城市环境；通过对三维城市模型
的数字化管理，为城市建设、政务管理、企业信息发布与公众查询提供可持续发展的信息
化服务，减少信息孤岛，大力提高城市空间信息共享和利用水平，提高城市整体信息化管理和经营管理水平。
1.3测区概况
xx市地处xx省中部，某某经济区，距首都北京xxx公里。
位于北纬37°xx′～38°
xx′,东经113°xx′～115°xx′之间，东与xx市接壤，南与xx市毗连，西与xx省为邻，
北与xx市为界。
xx市地处中低纬度欧亚大陆东缘，属于暖温带大陆性季风气候。
太阳辐射的季节性变
化显著，地面的高低气压活动频繁，四季分明，寒暑悬殊，雨量集中于夏秋季节。
干湿期
明显，夏冬季长，春秋季短。
总降水量为xxx-xxx毫米，时空分布不均。
年总日照时数
为xxxx-xxxx小时，其中春夏日照充足，秋冬日照偏少。
项目制作区域位于xxx市区主体部分（作业范围见图1，面积约xx平方公里），地势
平坦，建筑物密集，交通发达。
xx市是xx省的省会城市，是xx省集政治、经济、金融和
文化于一体的中心城市，现辖xx个区（包括新成立的xx新区）、xx个县、xx个县级市和
xx个国家级高新技术产业开发区，总面积xxx万平方公里，常住人口xxxx万人。
本项目制作的实景三维城市模型有以下亮点尤为突出：
1）自xx大街至xx大街的主要经济繁华地区，聚集了xxx广场、xxx广场等大型购物
广场及建筑群。
2）xxx市高教区，高校云集，是xxx省内高校聚集区之一。
3）以xxx小区为代表，具备高层建筑与现代园林错落有致布局的新兴住宅小区。
4）分布在xx路、xx路、xxx路上多座穿梭于城市建筑群中的高架桥及立交桥。
5）xxx博物馆是重点文物保护单位。
1.4任务概况
xx城市实景三维数据生产项目为xx市数字城市建设提供实景三维数据模型。
实景三
维数据生产项目实施内容如下:
序号
实施内容
实际有效面积
1
倾斜数码航空摄影
2xxkm
2
像片控制测量
2xxkm
3
空中三角测量
2xxkm
4
实景三维数据生产
2xxkm
项目覆盖范围如下：
1项目覆盖范围
2资料情况
2.1基础控制资料
国家C级GPS点、四等GPS点，以及联测的三四等水准成果以及CORS系统。
为保证数字相机系统和机载GPS/IMU系统技术的实施，需要在地面布设GPS基站，架
设高精度GPS信号接收机与机载POS系统内置GPS接收机同步进行GPS观测，进行DGPS
相位差分测量定位。
参照GB/T18314-2001《全球定位系统（GPS）测量规范》，以下GPS控制
点可作为本项目的备选基站。
1
XXX
GB2
9
XXX
GE08
2
XXX
GB3
10
XXX
GE09
3
XXX
GB5
11
XXX
GE12
4
XXX
GB6
12
XXX
GE16
5
XXX
GB1
13
XXX
GE18
6
XXX
GE02
14
XXX
GE11
7
XXX
GE01
15
XXX
GE04
8
XXX
GE03
16
XXX
GE05
2.2图件资料
本测区有1:
10000地形图、1:
2000正射影像图以及xxx市国土资源局提供的1:
500地
形图，可作为本项目生产安排及项目用图，其中1:
500地形图现势性较好，可作为本项目
模型精度室内检查的工作底图，根据xxx市国土资源局提供的似大地水准面的精化成果，
可对POS及GPS成果进行1985国家高程基准的改正。
3引用文件
1）CH/T1004－2005《测绘技术设计规定》；
2）GB/T27920.1－2011《数字航空摄影规范第1部分:
框幅式数字航空摄影》；
3）3）《全球定位系统（GPS）辅助航空摄影技术规定》，国家测绘局；
4）CH/T3006－2011《数字航空摄影测量控制测量规范》；
5）CH/T9015－2012《三维地理信息国情数据产品规范》；
6）GB/T27919－2011《IMU/GPS辅助航空摄影技术规范》；
7）CH/T1016－2008《测绘作业人员安全规范》；
8）CH/T2009－2010《全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范》，以下简称“RTK
规范”；
9）GB/T7931－2008《1:
500、1:
1000、1:
2000地形图航空摄影测量外业规范》；
10）GB/T23236－2009《数字航空摄影测量空中三角测量规范》；
11）GB/T7930－2008《1:
500、1:
1000、1:
2000地形图航空摄影测量内业规范》；
12）GB/T18316－2008《数字测绘成果质量检查与验收》；
13）CH/T1018－2009《测绘成果质量监督抽查与数据认定》；
14）GB/T24356－2009《测绘成果质量检查与验收》。
当本设计文件的技术指标及要求与上述规范、标准相应条款不一致时，按本技术设计书执行。
4规格及主要精度指标
4.1数学基础
平面坐标系统:
CGCS2000坐标系，高斯投影，中央子午线：
114°00′00″；
xxx市坐标系。
高程基准:
1985国家高程基准。
4.2数据规格
1）Tile分幅
采用400m*400m正方形分幅，按整体Tile分布编号,行在前列在后，均保留3位有效
数字，中间加短线连接，***-***。
2）成果数据格式
实景三维数据采用OSGB通用三维数据格式。
4.3主要精度指标
4.3.1数字航空摄影测量
根据《全球定位系统（GPS）辅助航空摄影技术规定》有关要求，机载IMU/GPS系统
应满足如下要求：
1）机载GPS接收机为高精度动态测量型双频双P码GPS接收机，最小采样间隔1s；
2）IMU测角中误差精度要求：
侧滚角（Roll）和俯仰角（Pitch）不得大于0.01度；
航偏角（Yaw）不得大于0.02度,记录频率要高于50Hz；
3）具有信号时标输入器（EventMarker）接口，能够将航摄仪快门开启脉冲（即曝光
时刻）通过接口准确写入GPS数据流，脉冲延时不得大于5ms；
4）机载GPS信号接收天线必须采用航空型产品，具有高动态、高精度双频数据接收
能力，并有精确定义和稳定的相位中心，保证能在高飞行高度、高速度情况下正常工作；
5）电源系统应满足航摄作业无间断供电；
6）机内存储系统能够记录和存储航摄作业所有IMU数据、GPS数据以及时标（Event
Mark）数据及其他必要数据；
4.3.2空中三角测量
按GB/T23236-2009《数字航空摄影测量空中三角测量规范》有关要求，对需成图区
域进行空中三角加密测量。
区域网平差计算结束后，连接点相对于野外控制点的平面位置中误差和高程中误差不
大于下表规定。
连接点的中误差一般采用检查点（多余像片控制点，不参与平差）的中误差
进行估算。
单位:
米
参考比例尺
平面位置中误差
高程中误差
1:
1000
0.35
0.28
（测图定向点）残差值为连接点中误差的0.75倍，
区域网间公共点较差限值为连接点中误差的2.0倍。
4.3.3实景三维数据产品精度要求
1）空间精度：
平面精度、高程精度应优于0.5m。
2）产品的纹理精度：
无遮蔽的建筑物楼体外形清晰、表面光滑；
能够精确表示各类树木的高度及轮廓；
立交桥实景三维其正面及侧面纹理应当达到连续、外轮廓清晰的要求；此外，桥
下纹理在最大程度上进行内凹表示；
道路实景三维应当消除运动车辆对纹理的影响，使道路的纹理得到均匀、连续、
合理的表示。
3）产品的局限性：
出于倾斜摄影技术以及StreetFactory软件的局限，实景三维数据在细节表现方
面略有不足，在不影响整体数据使用的情况下，主要影响如下：
相邻建筑物间距小于10米且楼层高于5层时，允许少量楼体“粘连”现象出现；
由于水面为弱纹理区，其范围内允许出现少量实景三维数据漏洞现象，但应当有
有效措施在三维平台应用中弥补；
由于电线杆、灯柱、塔吊、电线塔等支架细小的物体以及女儿墙、单独展牌等边
缘地区的像素数较少，无法正确匹配点云，故允许有少量实景三维数据表达不完
全；
由于道路上运动车辆以及建筑物侧面大块玻璃区域反光现象对TIN网的构成有一
定影响，故允许此类区域的表面模型有少量起伏。
4.4阶段成果坐标系统的规定
1）航空摄影
其航线结合图及POS系统相关的数据采用CGCS200坐标系，01985国家高程基准。
2）相片控制测量
采用CGCS200坐标系，高斯投影，中央经线：
0114°00′00″，1985国家高程基准。
3）空中三角测量
采用CGCS200坐标系，高斯投影，中央经线：
0114°00′00″，1985国家高程基准。
4）实景三维模型数据
采用CGCS200坐标系，高斯投影，中央经线：
0114°00′00″，1985国家高程基准。
5总体作业流程
6倾斜摄影
阶段成果上交
6.1摄区范围
利用倾斜数字测绘航空摄影系统可形成实景三维数据产品的有效范围约为80平方公
里。
范围如下：
图2摄区范围
6.2航摄系统
该系统由运5飞机、xxx倾斜数字航空摄影相机、机载定位定姿系统、航摄计划设计软件和飞行管理系统等集成。
航摄设备表：
租用设备名称
设备类型
设备编号
产商
运5
飞机
-
xxx飞机制造公司
xxx
航摄仪
-
xxxxxxx公司
6.3航摄技术基本设计
1）季节要求：
由于xxx市气候属于大陆性季风气候，春、夏季交替季节多风少于，且
建筑物阴影遮挡区域面积降至最小，故要求于xxx月间飞行。
2）可飞时段：
根据历年天气统计、飞行空中管制等因素，本摄区可飞行时间段为xx
时至xx时。
3）进驻机场：
根据测区附近机场分布情况以及航空数字相机系统对飞行的一些特殊要
求，选择距离本项目测区最近的xxx机场作为飞行的主机场，同时把xxx机场作为备用机
场。
4）航摄基本技术参数设计：
参考比例尺：
1:
1000；
航摄比例尺：
1:
10000；
地面分辨率：
0.06米（下视）；
摄区面积：
xxx市
飞行面积xxx平方公里，有效面积xx平方公里
飞机：
运5；
航摄仪：
xxxx，50mm镜头（下视），彩色倾斜数码航摄仪；
相对航摄高度：
500m。
5）航线布设方向：
东西方向飞行。
6）航摄范围覆盖：
旁向重叠方向：
平行于摄区边界线的首未航线敷设在摄区边界线外；航线重叠方向：
沿航线东西方向，各超出摄区边界线大于设计基线长两倍的长度。
7）像片重叠度：
要求航带旁向重叠度为70％，航向重叠度为70%。
8）飞行参数
根据项目要求，并结合使用飞机（运5）、航空数字相机系统xxxxx的自身性能指标，
制定各飞行参数。
基本飞行的相关参数（航摄因子表）如下表所示：
技术参数
重量（摄影部分，不含
IMU）
35kg
单机幅面
8176*6132
像元大小
6μ
焦距
50mm/80mm
畸变差
〈2μ
存储容量
1000片/CF卡（空中可更换）
辐射分辨率
8/12bit真彩色
光圈
最大3.5
快门方式
中心镜间快门：
1/125，1/250，1/320，1/500，1/800
最短曝光间隔
2s
感光度
50/100/200/400
单机请教
45度
子相机同步时间
1毫秒以内
基本飞行参数表
参考比例尺
1:
1000
设备类型
xxxx
焦距
50mm/80mm
像元尺寸
6.0um
像幅大小
8176*6132
飞机型号
运-5
飞行速度
140km/h
测区名称
Xxx市
航线敷设方法
东西
分区编号
1
平均地面高程
60
相对航高m
500
绝对航高m
560
平均地面分辨率m
0.06
设计航向重叠度
70%
设计旁向重叠度
70%
航线条数
80
航线长度km
约800
相片总数
约38000
3摄区航线示意图
6.4采用的遥感设备性能
1）xxxx倾斜相机介绍
xxxx系列航空相机是我国自主知识产权的科研产品，作为航空遥感的重要技术手段，
填补了国内空白，xxxx系列已进行了多次生产性科研试验。
xxxx主体由5台xx相机（单
机幅面为8176*6132，像元大小6.0μm）组合而成，系统中集成了GPS和自动控制等关键
技术。
xxxx倾斜数字航空摄影仪可以搭载于绝大多数航摄飞机，既包括国产蜜蜂系列、海燕
等超轻型飞机，也覆盖运-5、运-8、运-12、安-30、塞斯纳等常规使用的航摄飞机，给用
户对于飞行载体的选择带来极大便利。
xxxx数字航空摄影仪适用于城市大比例尺三维地形
xxxx数字倾斜航摄仪，区别于传统的竖直航摄，通过在同一飞行平台上搭载多个相机，
分别从竖直和四个倾斜角度对地面进行拍摄,得到被拍摄物体的多视角影像，建筑物外立
面的真实纹理，并且有效集成POS系统，获取到每张相片的外方位元素，所采集数据可广
泛应用于数字城市、数字地球（智慧地球）的基础地理空间框架建设。
图4xxxx倾斜相机
2）飞行管理控制系统
飞行与控制管理系统的出现使得航摄飞行变得舒适、便捷。
航测飞行中所有操作都由
飞行与控制管理系统控制，飞行导航、数据记录以及航测仪器工作状况监视只需通过一个
人工交互操作屏完成。
高智能化软件减少了操作员的工作量，精确的实时方位数据方便了
飞行员的飞行，同时飞行质量控制功能提高了效率，降低了投入。
最新航空摄影测量技术通过软件集成到高性能航测仪器系统中，全程控制整个航空摄
影测量流程，从制定飞机计划到最终数据提交。
飞行与控制管理系统提供了在航摄飞行任
务中的飞行以及航测仪器整体流程控制。
3）飞行计划编排评估程序
飞行计划编排评估程序可以高效率地完成多种传感器的任务处理，其高效的流程控
制，使得在任务初期便掌握先机，不但可以提高生产效率，而且可以大大节约成本。
6.5地面GPS同步观测
6.5.1地面GPS布设
为保证数字相机系统和机载GPS/IMU系统技术的实施，需要在地面布设GPS同步观测
基站，架设高精度GPS双频接收机与机载POS系统内置GPS接收机同步进行GPS观测，来
完成后期的GPS解算。
根据测区范围，拟在xx区、xx区两区域布设1~2个GPS基站。
5可选GPS同步观测点分布示意图
6.5.2GPS接收机与观测
为保证IMU/DGPS辅助航空摄影飞行，必须在已知控制点上架设基站，采用高精度GPS
双频接收机，与飞机上机载POS系统接收机同步进行GPS观测。
基站GPS接收机的性能应与机载GPS接收机性能相匹配，满足如下要求：
基站GPS接收机为高精度测量型双频双P码GPS接收机，采样间隔1s；
带抑径板或抑径圈的GPS信号接收天线；
配备充足的电池或电源系统，保证航摄作业中供电不间断；
配备能适应满架次作业所需地面观测数据存储要求的存储器；
航空摄影飞行前，机载POS系统与GPS基准站在停机位上经8分钟以上的同步初始化
测量后，飞机才能滑出。
飞机起飞进入航线前与一个架次完成后，均应进行S型飞行，保
证IMU动态精度。
飞机滑回停机坪，GPS基准站和机载POS系统继续进行8分钟以上的静
态测量后结束整个航摄飞行架次的测量工作。
6.6飞行检校场
为确定IMU与数字相机系统相互框架位置关系的系统差、GPS天线相位中心与数字相
机系统之间的偏心矢量和摄站高程的系统差，并考虑对相机进行系统校正，需要飞行校准
航线。
本次航摄选用的POS型号为POSAV510型，校准航线设计考虑飞行的便利、有明显
地物标志和GCP地面控制点（）测量等因素，校准航线布设遵循如下原则：
1）检校场应选取在地势较为平坦，明显地物较多的区域，本项目拟选择在测区内；
2）检校场应设置4条航线，每条航线摄取不少于10个像对，航线方向与摄区航线飞
行方向一致；
3）在检校场区域内部及其周边合理布设地面控制点（GCP）；
4）GCP地面控制点（）应选在能准确判断点位和高程变化不大的地点。
5）在检校场内用GPS测量若干个检查点；
6）检校场航线采取与测区相同的高度进行飞行；
7）实际选取过程中可根据地形和影像灵活选取检校场位置，利用既有航线进行检校
飞行，以减少飞行时间和成本；
8）为保证控制点的点位精度，刺点标志的选择应以公路斑马线的角、井盖中心、下
水道篦子中心、瓷砖图案中心等明显易识别的地物或标志为主。
9）检校场的外业测量工作，在测区内选取合适的区域并在内业进行设计选点后，由
外业队伍执行外业测量工作。
该测量可利用CORS系统进行RTK测量。
各测量点位要求提
供测量坐标、点之记以及现场数码相片。
航线控制点检查点
图6检校场外业点布设示意图
6.7影像数据预处理及检查
6.7.1影像数据预处理要则
1）针对项目区域测绘的特点，有针对性对数字影像数据进行预处理，对影像落水情
况进行仔细分析，以利于后续数据处理；
2）对于有可能出现航摄漏洞，预处理时，充分考虑补飞航线与相邻航线之间数据的
关系；
3）对预处理成果进行无地面控制抽样试作DOM，以进行精度评估。
6.7.2影像数据的检查要则
1）数据的覆盖检查；
2）重叠度检查；
3）数据异常检查；
4）云、水汽、浓烟的检查：
航线中若出现大片云、较浓的雾气或
升级会员 