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倾斜摄影与三维实景建模

技术设计书

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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：

年月日年月日

批准单位：

审批意见：

审批人：

年月日

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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

2021年9月，鄠邑区政府向市政府上报请示，基于S107鄠邑段的重要性及目前存在的

问题，恳请市政府安排交通局启动实施S107环山旅游公路鄠邑段改造提升，对环山旅游公

路路基范围内路面及设施进行改造，并由区政府配套资金对路基范围外两侧开展绿道建设

工程。

市政府接到申请，安排交通局及财政局对项目进行研究，市交通局及财政局组织相

关部门进行现场调研后提出反馈意见，市政府征得反馈意见后安排由交通局负责，鄠邑区

政府配合，组织专家对该项目进行必要性论证并通过。

2022年3月，中北工程设计咨询有限公司对S107环山旅游公路鄠邑段（K135+100～

K160+460）开展方案设计，4月省公路局组织有关单位对S107环山旅游公路鄠邑段改造提

升工程方案设计文件进行了技术审查，设计单位依据陕西省交通技术咨询有限公司的审查

意见对方案设计进行了修改完善，经省公路局审核形成意见。

2022年4月，我公司经投标程序，按照招标要求对该项目开展施工图设计，拟采用已

提升路段相同改造标准，维持现有技术指标，采取四新技术，利用大中修养护提升路面质

量，对行车道、非机动车道、侧分带等进行改造提升，并注重建设智慧交通体系，改善道

路使用状况，进一步提高服务水平。根据设计文件要求，我院承担本项目倾斜摄影和

三维实景模型制作工作工作。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S107关中环线（鄠邑段）6KM进行倾斜摄影和三维实景模

型制作任务。

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图 1：S107关中环线倾斜摄影范围图

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

本次S107环山旅游公路鄠邑段改造提升工程位于西安市鄠邑区。

鄠邑区位于陕西关中平原中部，南依秦岭与西安市宁陕县接壤，北临渭水与

兴平市、咸阳市秦都区隔岸相望，东以高冠河、沣河与长安区毗邻，西以白马河

与周至县为界。介于东经108°22′～108°46′，北纬33°46′～34°16′之间，

东西最宽处30千米，南北最长处53千米，总面积1282平方千米。

2.1.2气象、水文地质

鄠邑区属暖温带半湿润大陆性季风气候区，四季冷暖干湿分明，无霜期年平

均216天，光、热、水资源丰富，光照全年总时数为1，983.4小时，年平均气温

13.5℃，年总降水量为627.6毫米。以中等年计，鄠邑区地表水总量为31，850

万立方米，占降雨量34.1%。其分布是通过山区形成36条大小河流，出山后汇成

涝河、新河、太平河、高冠河四条水系，分布全县，贯穿南北，为平原地下水补

给形成水网。鄠邑区属富水区，中等年地下水储量为1.9143亿立方米，不重复储

量为1.01亿立方米，占年总降水量10.8%。

2.1.3地质概况

鄠邑区地形为山区、山前坡地及平原区三个不同的自然区域。南部秦岭山区

最高海拔冰晶顶（静峪脑）3015.1米，渭河滩地最低点海拔388米。鄠邑区南部

山区除秦岭梁为东西走向外，其余山梁均为南北走向，山势陡峭（45度以上），

峰峦重叠。按地表形态分为中山、低山、陡坡。中山分布于海拔1000米以上，分

水岭陡峻，起伏较大，多为对称山脊，山脊有孤峰存在，各山岭由南向北呈叶脉

形分布，形成大小支脉175道，成为各沟峪的分水岭。低山分布于海拔600—1000

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米之间，山脊起伏不大，分水岭成浑圆形。山坡堆积物较多，低洼处保留有黄土

状砂质粘土，厚度5—20米。有的地方为土、石、岩屑混合物。本次设计路段位

于秦岭北麓山前洪积扇，分布于山基线以北，地表坡度0度30分至4度，地势较高，

水利条件较差。

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》；

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-克吕

格投影，中央子午线117°，3°分带。

4.2.基本精度指标

地面影像分辨率优于 0.02米。

空三加密基本定向点平面位置残差不大于 0.1 m，高程残差不大于 0.1m。

检查点平面位置误差不大于 0.1m；高程误差不大于 0.1m。（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Ⅲ级，平面中误差不大于 0.2m，高

度中误差不大于0.2m。地形（DEM）格网点平地高程中误差不大于 0.35m（。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型景观的要求。

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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）大疆M300多旋翼无人机;

（2）赛尔102s五镜头相机：

（3）地面RTK基站：

5.1.2软件环境及其要

（1）大疆智图，photoshop等数据处理软件。

（2）无人机地面站软件；

5.2 作业技术流程

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5.3各工序的作业方法、技术指标和要求

5.3.1准备工作

本项目拟采用多旋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 0.02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

目拟采用大疆 M300多旋翼无人机，搭载赛尔102S五镜头相机

图 3：大疆M300+赛尔102S相机及参数

5.3.2航空摄影

5.3.1.1航高设计要求

涝峪河区域地形平坦，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：

倾斜模

块

镜头数量 5

传感器尺寸 23.5mm *15.6mm

有效像素 2430万（6400×4000）

镜头焦距35mm

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图 4：航高示意图

a f

GSD =

h

式中：h—飞行高度

f—镜头主距(35mm)

a—像元尺寸(3.9μm)

GSD—地面分辨率(优于 0.02m)

在相机正射地面时相对航高最大不超过 179m。倾斜相机为-45度-----80度，为满

足地面分辨率优于 2cm,故飞机飞行高度不得大于 127m。

5.3.2.2 航线布设、飞行质量及影像质量要求

（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。

采用五镜头布设航线时需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

×（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。

像片航向重叠度一般设计为 70%～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

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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

45º，阴影不大于 1 倍。摄影时间要求为 10～15 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

和各项设置正确无误；

（5）飞机及人员抵达测区后，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。

5.3.2像控测量

5.3.2.1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当放宽，但在加

密过程中检查点精度需满足精度指标。

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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

（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。

5.3.2.2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、

P002……。

5.3.3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：大疆智图空三建模流程

空中三角测量采用大疆智图软件，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，完成相对向；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。

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5.3.4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大疆智图软件进行，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，采用大疆智图软件和水面或

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

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院质保科组织实施，最终检查的检查比例应符合CH/T 9024-2014《三维地理信息模型数

据产品质量检查与验收》的规定。

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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。

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