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ContextCapture 软件建立地表实景模型的应用研究
罗大伟，梁 良
（云南锡业集团大屯锡矿，云南 红河 661021）
摘  要：本文阐述了ContextCapture 软件在地表实景建模中的应用，
通过对大屯锡矿矿区的地表建模，掌握了ContextCapture 软件的快捷建模方法，并结合相关地图软件解决了模型拼接重影及水面空洞的问题，构建出了满足精度要求的地表三维实景模型，为我矿基础建设轻松快速地提供了直观准确的依据。
关键词:ContextCapture 软件；
空中三角测量运算；像控；范围约束中图分类号：P231  文献标识码：A  文章编号：
11-5004（2020）16-0291-2收稿日期：
2020-08作者简介：罗大伟，男，生于1985年，汉族，辽宁北票人，本科，研究方向：工程测量。
由于矿区地理位置地貌多变、生活区建筑坐落凌乱、工业园
区厂房规划复杂，人员难以进行全方位观测，如何对矿区地表的地理地貌、生活建筑、采矿选矿工业厂房等进行量化评判，一直困扰着工程技术人员。通过建立地表实景三维模型，有效的解决了矿区地形图修、补测问题，同时也为数字化矿山建设提供了基础性的测量成果资料。
1 软件
实景建模软件ContextCapture 是Bentley 公司于2015年收购的法国Acute3D 公司的产品，Bentley 基于全球基础设施行业提供BIM 解决方案的定位，需要一款能够通过扫描、拍摄等手段获取现实模式的应用软件，解决基础设施过程中，需要将现实的模型转变为“电子模型”的应用需求。既有大范围的测绘、地理规划项目，又有区域类的建筑、工厂项目，通过它可以导入照片、视频等数据，进行空三计算，根据计算量划分为不同的区域，形成不同的任务。
2 ContextCapture建模软件的应用2.1 照片处理
（1）整理照片，检查照片是否与POS 数据摄取点数量对应，如不对应，则以POS 数据为准，可删除或复制添加处在航带中间的照片，如不对应的数量较多，则应重新拍摄。（2）对POS 数据的格式进行处理，把目录、时间等内容删除，只保留编号、经纬度、航高信息。（3）将POS 数据中的经纬度、航高信息通过相应的软件附给所有照片，完成后则每张照片应具有独立坐标信息，可在照片的属性中检查。导入到ContextCapture 软件中，并用“Check image files..”功能进行照片数据完整性检查，如有损坏的照片，则应删除、复制，重新附POS 数据，再导入检查。（4）对相机的型号、感应器尺寸、镜头焦距等参数检测，不同相机有不同参数，可进行修改添加。2.2 空中三角测量运算 2.2.1 空中三角测量概念
空中三角测量是立体摄影测量中，根据少量的野外控制点，
在室内进行控制点加密，求得加密点的高程和平面位置的测量
方法，其主要目的是为缺少野外控制点的地区测图提供绝对定向的控制点。空中三角测量一般分为模拟法、解析法、航带法、独立模型法及光线束法。2.2.2  航带法原理及运算
因我矿区所处地形地势采用的是航带法，其原理是通过计算相对定向元素和模型点坐标建立单个模型，利用相邻模型间公共连接点进行模型连接运算，以建立比例尺统一的航带立体模型。测量运算主要在于自动、准确地估算每幅输入影像的位置、角元素和相机属性（焦距、主点、镜头畸变），空中三角测量
计算从输入区块开始，然后根据选定参数生成新的完整区块或平差区块，整个运算过程由软件自动完成。2.2.3 运算结果
运算完成后，软件会给出影像区块三维建立许可，信息完整则可进行下一步操作。如果运算时出现软件报错，其主要原因有，一是相机型号、感应器尺寸、镜头焦距等自动识别错误，二是像控点格式错误。在contextcapture center master 软件实践研究中，运算两次空中三角测量计算所得结果比只运算一次区块密集度大得多。第一次运算只使用照片，不添加像控点，其目的是为了软件能适应相机参数，运算结果出来后再添加像控点运算第二次，不仅软件出错率可以大大降低，3D 视图中区块下坠问题也能得到很好的修复。2.3 像控处理2.3.1 像控格式
将野外采集的像控点坐标信息整理到文本文档，格式为点号、纵坐标、横坐标、高程，以空格为分隔符。像控文件名、点名、分隔符均不可带有中文及中文状态下的输入。在软件中选择需要导入的像控文件，导入后会显示出每个像控点的编号。2.3.2 像控点定位
因照片数量多，像控点稀少、目标不明显，如果直接在单张照片中寻像控点，难度非常大，耗费时间。在Contextcapture Center Master 软件应用实践中，确定了可通过软件3D 视图中进行像控点的快速定位，其方法为在3D 视图俯视状态下，首先确定需要查的像控点，将光标靠近像控点标示圈，即可显示出像控点号。再点击最接近像控点的照片摄取点，则可快速确定像控点所在区域的照片。返回到照
片列表，会直接定位在3D 视图点击的摄取点照片，同时有部分照片右上角出现黄小问号作为标记，被直接定位的照片会在像控点位附近出现一个圆圈标识。如图1所示。2.3.3 刺像控点
在像控列表中确定像控点编号，选择右上角带有黄小问号的照片，逐一刺点。在刺点时应挑像控点号、像控标识显示清
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晰、一目了然的相片，对于存在模糊、变形、扭曲、曝光变等
问题的照片片不可以进行像控刺点，同时要保证像控点位上方无电线、树枝等任何遮挡物。刺点一般尽量分布在多条航带的照片上，每条中心航带像控刺点数量应不少于9张，刺20张相片左右最为合适，若是测区边缘点或者某些照片摄取点较少可以低于此标准，一般不低于3张，刺8
张相片左右最为合适。
图1  3D视图中进行像控点的快速定位图
2.3.4 像控精度
全部像控添加后，再次进行空中三角测量运算，完成后对像控精度检查。空三像控点的误差会影响密集点云的精度，从而影响整个模型精度，所以像控点重投影误差的均方根是反映建模精度的重要指标之一。通过查看空三报告，可确定重投影误差的均方根是否满足测图要求。均方根值越小，建模的精度相对越高，如均方根值大，通不过报告验证，可能因为像控刺点错误或者参与计算的像控点数量不够，应该重新刺点运算。
2.4 建模
2.4.1 空间构架设置
完成空中三角测量运算后，进入建模阶段，需要完成空间构架设置，根据所处地区及需要设置坐标系统，如CGCS2000坐标系，中央子午线为105°；为后期的多个模型的拼接，给定一个固定的坐标原点，可以为模型区域内的任一坐标，单位精确到米即可；确定切块方式及大小，根据计算机配置调整切块大小，瓦片的大小与瓦片一个任务的预期最大运行内存使用量密切相关，切块过大会导致模型生成过慢，
一般设置为50米左右，为了方便后期修补模型，将模型切块方式定为规则平面格网切块，其目的是为了沿XY平面划分为正方的瓦片，方便以后更直观的删除无效瓦片。
2.4.2 范围约束
由于航摄是根据地形范围来设定的飞行区域，为了更直接高效完成航摄任务，飞行区域不规则，而规则平面格网切块又不能沿航带准确切块，如果切块少会造成部分模型损失，切块多又会生产出航带外的失真模型。所以为了方便多个模型的拼接，防止模型拼接后出现模糊、变形等失真情况，可在空间构架中进行建模区域的约束，方法是将POS数据整理后导入“91卫图助手”软件，用多边形工具圈定出航摄点的区域范围，则可得到不规则的航摄有效范围线。从“91卫图助手”软件将范围线以矢量文件导出，在从contextcapture软件的空间构架设置中把范围线矢量文件导入进行建模范围约束，范围约束减少了冗余数据，内业效率也大幅提高。相邻模型拼接时可根据前面定好的范围线进行重合圈定约束，拼接出的模型就不会存在模糊、变形等失真情况。导入范围后，如下图红框内白航线外黄区域位置，均被剔除，只生产测区范围的模型。
2.4.3 产品格式
提交生产前，用户可以根据实际需要选择产品的格式，包括点云数据、数字高程模型、正射影像、
实景三维模型等。
图2  在contextcapture软件导出矢量文件
4 水面空洞修补
由于水面的高反射现象，相机在获取水面信息的时候被“致盲”，使得航摄区域的信息不准确，生产出的模型中出现水面“破洞”现象。如下图所示。
图3  航摄区域水面“破洞”图
为解决水面出现“破洞”的问题，使模型更完善，可给定一个模型（白膜）水面的绝对高度，利用相关地图软件，选择水面范围后，提取坐标信息，重新在空三后Reconstruction项目中添加3D多边形约束，第二次产出的模型便可以生成水面，填补空洞。
5 成果精度分析3d地图实景地图
实景三维模型生成后对模型精度进行分析，除了布设的像控点以外，还采集了一些地物特征点（如花台拐角、房角底部、井盖中等）的三维坐标进行比较。平面点位差值最大为±0.150m；高程差值最大为±0.20m。
6 结论
ContextCapture软件可以根据照片信息较好完成地表三维实景模型建立，操作简便，运算出错率低，并能融入其它地图软件信息，对模型进行补充完善。应用ContextCapture软件建立的模型精度高，满足实际应用要求。
参考文献
[1] 《浅谈无人机倾斜摄影建模的原理与方法》  郭怀轩  施工工程 2017.09
[2] 《基于全数字摄影测量系统的数字正射影像图的制作》  刘小民  测绘科学
2010.01
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