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傾斜攝影與三維實景建模

技術設計書

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傾斜攝影與三維實景建模

技術設計書

承擔單位：主要設計人：

審核意見：

審核人：設計負責人：

年月日年月日

批準單位：

審批意見：

審批人：

年月日

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傾斜攝影與三維實景建模技術設計書

1.概述

1.1項目來源和目的

2021年9月，鄠邑區(qū)政府向市政府上報請示，基于S107鄠邑段的重要性及目前存在的

問題，懇請市政府安排交通局啟動實施S107環(huán)山旅游公路鄠邑段改造提升，對環(huán)山旅游公

路路基范圍內路面及設施進行改造，并由區(qū)政府配套資金對路基范圍外兩側開展綠道建設

工程。

市政府接到申請，安排交通局及財政局對項目進行研究，市交通局及財政局組織相

關部門進行現場調研后提出反饋意見，市政府征得反饋意見后安排由交通局負責，鄠邑區(qū)

政府配合，組織專家對該項目進行必要性論證并通過。

2022年3月，中北工程設計咨詢有限公司對S107環(huán)山旅游公路鄠邑段（K135+100～

K160+460）開展方案設計，4月省公路局組織有關單位對S107環(huán)山旅游公路鄠邑段改造提

升工程方案設計文件進行了技術審查，設計單位依據陜西省交通技術咨詢有限公司的審查

意見對方案設計進行了修改完善，經省公路局審核形成意見。

2022年4月，我公司經投標程序，按照招標要求對該項目開展施工圖設計，擬采用已

提升路段相同改造標準，維持現有技術指標，采取四新技術，利用大中修養(yǎng)護提升路面質

量，對行車道、非機動車道、側分帶等進行改造提升，并注重建設智慧交通體系，改善道

路使用狀況，進一步提高服務水平。根據設計文件要求，我院承擔本項目傾斜攝影和

三維實景模型制作工作工作。為規(guī)范作業(yè)、統(tǒng)一技術要求，保證測繪產品質量符

合相應的技術標準，根據國家有關規(guī)范，編制本項目技術設計書。

1.2項目作業(yè)范圍和內容

根據甲方需求對S107關中環(huán)線（鄠邑段）6KM進行傾斜攝影和三維實景模

型制作任務。

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圖 1：S107關中環(huán)線傾斜攝影范圍圖

2.作業(yè)區(qū)自然地理概況與已有資料情況

2.1作業(yè)區(qū)自然地理概況

本次S107環(huán)山旅游公路鄠邑段改造提升工程位于西安市鄠邑區(qū)。

鄠邑區(qū)位于陜西關中平原中部，南依秦嶺與西安市寧陜縣接壤，北臨渭水與

興平市、咸陽市秦都區(qū)隔岸相望，東以高冠河、灃河與長安區(qū)毗鄰，西以白馬河

與周至縣為界。介于東經108°22′～108°46′，北緯33°46′～34°16′之間，

東西最寬處30千米，南北最長處53千米，總面積1282平方千米。

2.1.2氣象、水文地質

鄠邑區(qū)屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候區(qū)，四季冷暖干濕分明，無霜期年平

均216天，光、熱、水資源豐富，光照全年總時數為1，983.4小時，年平均氣溫

13.5℃，年總降水量為627.6毫米。以中等年計，鄠邑區(qū)地表水總量為31，850

萬立方米，占降雨量34.1%。其分布是通過山區(qū)形成36條大小河流，出山后匯成

澇河、新河、太平河、高冠河四條水系，分布全縣，貫穿南北，為平原地下水補

給形成水網。鄠邑區(qū)屬富水區(qū)，中等年地下水儲量為1.9143億立方米，不重復儲

量為1.01億立方米，占年總降水量10.8%。

2.1.3地質概況

鄠邑區(qū)地形為山區(qū)、山前坡地及平原區(qū)三個不同的自然區(qū)域。南部秦嶺山區(qū)

最高海拔冰晶頂（靜峪腦）3015.1米，渭河灘地最低點海拔388米。鄠邑區(qū)南部

山區(qū)除秦嶺梁為東西走向外，其余山梁均為南北走向，山勢陡峭（45度以上），

峰巒重疊。按地表形態(tài)分為中山、低山、陡坡。中山分布于海拔1000米以上，分

水嶺陡峻，起伏較大，多為對稱山脊，山脊有孤峰存在，各山嶺由南向北呈葉脈

形分布，形成大小支脈175道，成為各溝峪的分水嶺。低山分布于海拔600—1000

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米之間，山脊起伏不大，分水嶺成渾圓形。山坡堆積物較多，低洼處保留有黃土

狀砂質粘土，厚度5—20米。有的地方為土、石、巖屑混合物。本次設計路段位

于秦嶺北麓山前洪積扇，分布于山基線以北，地表坡度0度30分至4度，地勢較高，

水利條件較差。

3.引用文件

1）CH/T 3006-2011《數字航空攝影測量控制測量規(guī)范》；

2）CH/Z 3004-2010《低空數字航空攝影測量外業(yè)規(guī)范》；

3）CH/Z 3003-2010《低空數字航空攝影測量內業(yè)規(guī)范》；

4）CJJ/T 73-2010《衛(wèi)星定位城市測量技術規(guī)范》；

5) CH/T 2009-2010《全球定位系統(tǒng)實時動態(tài)測量(RTK)技術規(guī)范》；

6) CH/T 1004-2005《測繪技術設計規(guī)定》；

7) CH 1016-2008《測繪作業(yè)人員安全規(guī)范》；

8) CJJ/T 157-2010《城市三維建模技術規(guī)范》；

9) CH/T 9015-2012《三維地理信息模型數據產品規(guī)范》；

10) CH/T 9016-2012《三維地理信息模型生產規(guī)范》；

11) CH/T 9024-2014《三維地理信息模型數據產品質量檢查與驗收》。

4.成果主要技術指標和規(guī)格

4.1.測繪基準

（1）平面坐標系統(tǒng)：采用 2000國家大地坐標系（CGCS2000），高斯-克呂

格投影，中央子午線117°，3°分帶。

4.2.基本精度指標

地面影像分辨率優(yōu)于 0.02米。

空三加密基本定向點平面位置殘差不大于 0.1 m，高程殘差不大于 0.1m。

檢查點平面位置誤差不大于 0.1m；高程誤差不大于 0.1m。（陰影、攝影死角、

隱蔽等特殊困難地塊誤差可適當放寬 0.5倍）

三維模型的平面精度、高度精度均達到Ⅲ級，平面中誤差不大于 0.2m，高

度中誤差不大于0.2m。地形（DEM）格網點平地高程中誤差不大于 0.35m（。陰

影、攝影死角、隱蔽等特殊困難地塊誤差可適當放寬 0.5倍）

三維模型景觀效果達到二級模型景觀的要求。

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4.3. 成果數據格式

航片成果格式為*.jpg；三維模型成果數據格式*.osgb。

5. 設計方案

5.1 軟、硬件環(huán)境及其要求

5.1.1硬件環(huán)境及其要求

（1）大疆M300多旋翼無人機;

（2）賽爾102s五鏡頭相機：

（3）地面RTK基站：

5.1.2軟件環(huán)境及其要

（1）大疆智圖，photoshop等數據處理軟件。

（2）無人機地面站軟件；

5.2 作業(yè)技術流程

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5.3各工序的作業(yè)方法、技術指標和要求

5.3.1準備工作

本項目擬采用多旋翼航飛平臺搭載多鏡頭進行傾斜影像獲取,地面影

像分辨率要求 0.02米。根據甲方確定范圍后，至現場進行現場踏勘，制定航飛

方案，確定采用的飛機類型、相機類型，人員安排等。在經過現場踏勘后，本項

目擬采用大疆 M300多旋翼無人機，搭載賽爾102S五鏡頭相機

圖 3：大疆M300+賽爾102S相機及參數

5.3.2航空攝影

5.3.1.1航高設計要求

澇峪河區(qū)域地形平坦，航高根據所航攝區(qū)域樓高、地面分辨率、現場周

邊情況綜合考慮設計。航高示意圖及公式如下：

傾斜模

塊

鏡頭數量 5

傳感器尺寸 23.5mm *15.6mm

有效像素 2430萬（6400×4000）

鏡頭焦距35mm

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圖 4：航高示意圖

a f

GSD =

h

式中：h—飛行高度

f—鏡頭主距(35mm)

a—像元尺寸(3.9μm)

GSD—地面分辨率(優(yōu)于 0.02m)

在相機正射地面時相對航高最大不超過 179m。傾斜相機為-45度-----80度，為滿

足地面分辨率優(yōu)于 2cm,故飛機飛行高度不得大于 127m。

5.3.2.2 航線布設、飛行質量及影像質量要求

（1）航線布設

航線應按攝區(qū)走向直線方法敷設，平行于攝區(qū)邊界線的首未航線必須確保側視鏡

頭能獲得測區(qū)有效影像。

采用五鏡頭布設航線時需保證多角度獲取傾斜攝影影像。

（2）飛行質量

航向覆蓋超出攝區(qū)邊界線至少 3 條基線（攝影進點與攝區(qū)邊界距離應大于 H

×（2tgθ前視+ tgθ后視），攝影出點與攝區(qū)邊界距離應大于H×（2tgθ后視+ tgθ

前視）。

分區(qū)邊界覆蓋應滿足分區(qū)模型生產的要求。

像片航向重疊度一般設計為 70%～80%，旁向重疊度一般設計為 50%～80%。航

攝中出現的相對漏洞和絕對漏洞均應及時補攝，應采用前一次航攝飛行的數碼相機

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補攝，補攝航線的兩端應超出漏洞之外的兩條基線。

按照設計航高飛行，實際航高與設計航高之差不應大于 50 米。同一航線上

相鄰像片的航高差不得大于 30 米，最大航高與最小航高之差不應大于 50 米。

（3）影像質量

攝影時天氣情況要求良好，確保有足夠的光照度，攝影時太陽高度角應大于

45o，陰影不大于 1 倍。攝影時間要求為 10～15 時為最佳選擇。

影像質量特別強調影像清晰，反差適中，顏色飽和，色彩鮮明，色調一致，相

同地物的色彩基調基本一致。有較豐富的層次，能辨別與地面分辨率相適應的細小地

物影像，能夠建立清晰的立體模型。

影像上不應有云、云隱、煙、大面積反光、污點等缺陷。雖然存在少量缺陷但不影

響立體模型的連接和三維模型建立，可以用于三維模型生產。拼接影像應無明顯模

糊、重影、錯位現象。

5.3.2.3飛行控制要求

（1）飛行前對本架次使用的設備、材料進行認真檢查；

（2）航攝現場負責人要嚴格掌握天氣標準，確保航攝影像質量；

（3）飛行前應組織外業(yè)工作人員進行航線設計的技術講評；

（4）飛行前，嚴格按照飛行檢查單的要求進行飛行前檢查，確保設備安裝

和各項設置正確無誤；

（5）飛機及人員抵達測區(qū)后，立即安排設備和材料的試飛試照，為正式作

業(yè)做好準備工作；

（6）作業(yè)期間，對飛機、傾斜相機等主要設備和電源系統(tǒng)、記錄系統(tǒng)進行

定期檢查，使其保持良好工作狀態(tài)。注意機體上各部位螺母的檢查和飛控系統(tǒng)的測試，

確保飛行安全。

5.3.2像控測量

5.3.2.1像控布設

（1）像片控制點是航測內業(yè)加密和圖的依據。本項目像片控制點采用基于

JSCORS 網絡RTK 技術施測，一般情況下布設均為平高點。

（2）像片控制點按區(qū)域網布設，由于傾斜攝影重疊度高、有多視角影像，計

算機密集點云數據匹配功能強等，外業(yè)布設像控點位基線跨度可適當放寬，但在加

密過程中檢查點精度需滿足精度指標。

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多視角影像

密集匹配

區(qū)域網平

差

三維TIN格

網構建

白體三維模

型的創(chuàng)建

自助紋理

映射三維場景

（3）鑒于目前使用的軟件在空三加密區(qū)域網平差計算上已具備先進完善的

功能，區(qū)域網大小根據航攝飛行情況、地形情況、計算機運算能力等進行綜合劃分，區(qū)

域網之間的像片控制點應盡量選擇在上、下航線重疊的中間，相鄰區(qū)域網盡量公用像

控點。

5.3.2.2像控點判刺

（1）像控點應選擇刺于影像清晰，易于判別，如選擇交角良好的細小線狀

地物的交點、明顯地物拐角點等，同時應是高程變化較小的地方，易于準確定位和量測。

（2）像控點采用統(tǒng)一編號，平高像片控制點冠以“P”，流水編號如：P001、

P002……。

5.3.3空中三角測量

在空中三角測量前，先對原始影像進行預處理，對原始影像進行色彩、亮度和對

比度的調整和勻色處理。勻色處理應縮小影像間色調差異，使色調均勻，反差適中，

層次分明，保持地物色彩不失真，不應有勻色處理的痕跡。

空中三角測量由于傾斜航空攝影測量由于攝影傾角大，影像變形嚴重；分辨率

變化大，尺度無法統(tǒng)一；重疊數多，需要多視處理等特點，使其空中三角測量有異于常

規(guī)數碼航空攝影測量中的空中三角測量方式。常規(guī)的空三加密軟件一般都不能實施，

需要多視角航空攝影測量空中三角測量專業(yè)軟件進行數據處理。具體步驟如下：

圖 5：大疆智圖空三建模流程

空中三角測量采用大疆智圖軟件，將相機參數、影像數據、POS數據進行多視角影像特

征點密集匹配，并以此進行區(qū)域網的自由網多視影像聯合約束平差解算，建立在空間尺度

可以適度自由變形的立體模型，完成相對向；將外業(yè)測定的像片控制點成果，在內業(yè)環(huán)境

中進行轉刺，利用這些點對已有區(qū)域網模型進行約束平差解算，將區(qū)域網納入到精確的

大地坐標系統(tǒng)中，完成絕對定向?？杖Y束后應及時查看精度報告以符合 4.2基本

精度要求。

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5.3.4全自動三維建模和模型修飾

全自動三維建模采用多機多節(jié)點并行運算的大疆智圖軟件進行，建模流程如圖 5。

將空三后的成果數據直接提交生成三維 TIN格網構建、白體三維模型創(chuàng)建、自助紋

理映射和三維場景構建。

模型修飾原則上只對水域空缺或模型漏洞進行修補，采用大疆智圖軟件和水面或

補飛數據進行約束干預后重新生成模型，使模型不存在漏洞。

生產的模型應滿足一下要求：

1）三維模型是根據傾斜影像匹配確定體塊構模而成，地形、建筑物等模型一

體化表示，模型的紋理以獲取的航空影像表現。建筑物三維體塊模型應完整，位置準確、

具有現實性，應于獲取的航空影像表現一致。

2）建筑物三維模型應精準反映房屋屋頂及外輪廓的基本特征。在 200m 視

點高度下瀏覽模型，模型沒有明顯的拉伸變形或紋理漏洞，不存在拉伸變形、

側視。當所在區(qū)域建筑物較為密集，或建筑物較高，存在相互遮擋時，則無法獲取

遮擋部分建筑物的側視紋理，相應的模型無法表現其全部的細節(jié)，允許出現些許的拉

伸變形。

3）建筑物模型的高度與平面尺寸應于實際保持一致的比例，建筑物模型高

度誤差不超過 10%，并且完成的三維圖像能夠清晰的分辨重點裝置情況。

5.4 管理體系保證措施

本項目嚴格按照質量、環(huán)境、職業(yè)健康安全管理體系文件要求，認真做好各項工作，

堅持高起點、嚴要求、認真監(jiān)督檢查，確保外業(yè)測量安全、文明和規(guī)范。

5.4.1質量保證措施

在質量方面嚴格按策劃的要求對生產與服務的過程進行控制，確保作業(yè)人員獲得有

效的技術設計書，按規(guī)定的方法和作業(yè)流程進行作業(yè)；按技術設計書的要求提供必要的儀器設

備和軟件，確保儀器設備在檢校有效期內且狀態(tài)完好，并按規(guī)范做好作業(yè)過程中的儀器校驗；按技

術設計書的要求填寫并保留必要的記錄；按規(guī)定對產品進行標識；按規(guī)定對顧客提供的資料

進行保護（包括知識產權）和驗證（完好性、適用性）；按技術設計書的要求提交成果。

質量檢查嚴格按照CH/T 9024-2014《三維地理信息模型數據產品質量檢查與驗收》

的要求執(zhí)行。項目嚴格執(zhí)行兩級檢查制度，在作業(yè)隊自查互校的基礎上，生產單位應組

織專職質量檢查員進行 100%的過程檢查，過程檢查中發(fā)現產品質量或精度不符合成果要

求的，須分析原因，采取有效糾正措施，杜絕不合格工序產品進入下工序。最終檢查由

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院質?？平M織實施，最終檢查的檢查比例應符合CH/T 9024-2014《三維地理信息模型數

據產品質量檢查與驗收》的規(guī)定。

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5.4.2環(huán)境、職業(yè)健康安全保證措施

本項目堅持安全第一、預防為主、綜合治理、以人為本，系統(tǒng)管理的方針，健

全管理體系，建立安全生產責任制及相應檢查制度，確保作業(yè)環(huán)境、職業(yè)健康安全。

在作業(yè)前做好必要的準備工作如對所有作業(yè)人員進行安全意識教育；了解測區(qū)

有關危害因素和測區(qū)重點防護事項；按規(guī)定配備勞動防護用品；對車輛進行安全檢

查等。

作業(yè)過程中要注意事項如下：外業(yè)進行航空攝影前宜至當地相關部門進行報備；

在航飛前應確保安全的前提下進行，須充分了解周邊建筑高度情況及是否為禁飛區(qū)；航

飛作業(yè)須由專業(yè)性人員進行操控，應做好航飛前安全檢查、試飛及飛行過程中監(jiān)視工作；

航飛起降場地宜選取在人流量較少，場地較空曠處。外業(yè)作業(yè)進入相關單位，應先出

示相關證件再進行作業(yè)；駕駛車輛安全性；野外測量人員的防護；儀器設備野外作

業(yè)防護；人員飲食健康防護；住宿安全等。

5.5.上交和歸檔成果及其資料

（1）項目技術設計書；

（2）項目技術總結；

（3）航空攝影影像數據；

（4）像控資料成果；

（5）三維傾斜攝影模型數據。

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