倾斜摄影测量在城市数字化三维建模中的应用

陆京,阴利新,盖龙,常嘉明,周忠宇

中国建筑第八工程局有限公司东北分公司 吉林 长春 130000

摘要：无人机倾斜摄影测量能够实现大面积范围内城市地物信息的快速采集工作，从而完成城市精细三维模型的快速构建工作，推进数字城市建设的发展。因此，相关技术人员测量中要善于对出现的问题分析，测量中要不断提高技术应用水平，更好利用无人机倾斜摄影测量技术优化建模方法，不断提升三维建模技术水平，为城市实景三维建模提供更有力的新技术支持。基于此，本文主要分析倾斜摄影测量在城市数字化三维建模中的应用。

关键词：倾斜摄影测量；城市数字化三维建模；应用

引言

现阶段国内数字化城市三维数据建模普遍存在造价非常高以及作业周期比较长的情况，测量及摄影相关工程技术人员确保重要数据现势性就是无人机倾斜式摄影测量先进技术首先需要克服的难题。为此，相关技术人员在日常工作中应加强对技术应用的深入分析，促进无人机倾斜摄影测量技术不断完善，进一步优化三维建模方法，更好去满足社会各领域服务的需要。

1倾斜摄影技术

1.1简介

倾斜类型的摄影测量技术作为一项摄影测量相关技术，和常规的手动3D立体空间的建模类技术进行比对的话，具有非常显著的优势。倾斜摄影测量系统主要由进行图像采集的设备及能够对数据进行处理的软件组成，而图像采集设备又包括无人机操作系统、航向规划软件及摄像机。

1.2特点

传统摄影测量通常利用正射角度进行地物信息采集，从地物顶部以下视摄影方式进行拍摄，能够对地表地物的顶部特征信息进行充分反映，但无法对地物侧面进行数据采集；倾斜摄影测量能够弥补垂直摄影测量的不足，以一定倾角对地物侧面进行摄影测量，但容易被其他地物遮挡，造成拍摄影像信息缺失。因此在利用无人机进行摄影测量作业时，应采用多基线多视角的航摄形式，尽可能从多个角度获取地物信息，最大程度获取地物完整影像数据，满足三维建模需求[1]。

1.3原理

倾斜摄影技术应用过程中，需要在同一个飞行平台上搭载着5台不同的传感器，确保可以从垂直、四个倾斜等五个不同的角度进行影像方面的采集。在相片的拍摄过程中，需要对其航高、航速以及旁向重叠以及坐标参数等进行详细的采集。之后，在数据处理中心进行数据的分析和整理。而在相同的时间段内，飞机会连续的对机组影像进行重叠的拍摄。对于同一地点或者物体，最多实现3张不同的相片拍摄，以此就可以让工作人员在建筑物的结构分析上可以较为容易的实现目的，从而选择最为清晰的一张照片进行纹理方面的制作。之后，便可以为依据用户的实际需求，提供较为直观的实景信息。

2倾斜摄影测量在城市数字化三维建模中的应用

2.1结构组成分析

（1）无人机飞行平台

由于城市地形起伏变化明显，高楼林立，植被树木丛生，无人机飞行难度大。考虑到城市测区对无人机起降、飞行高度的需求，在具体测量中可采取具有小场起降能力，且飞行过程比较稳定的旋翼无人机，配置稳定的飞行系统，以同步记录无人机飞行拍摄的具体位置和姿态。

（2）传感器

为有效构建智慧城市三维立体模型，传感器需要能够获得目标在地物各方向的实景影像信息，以保证获得影像的完整性和可用性。在无人机倾斜摄影测量中获取地物的角度通常在45°左右。因此，传感器可选择轻型航空器外挂摄影吊舱云台，五相机一体化稳定系统。

（3）数据处理系统

无人机倾斜摄影测量过程中会获得大量数据，这些数据有的是有价值，有用的数据，而有的则无用的数据，需要利用Photomesh软件进行处理，此数据处理系统是在Smart3D的基础上研发出来的，既能在单机上运行，也可以采取集群方式对三维影像数据进行处理[2]。

2.2航线规划设计要求

开展城市三维建模前期要应用无人机外业进行影像数据采集，应根据城市建筑主体高度，走向以及光照方向事先设置好航飞线路。一般以“井”字航线设置为好，使航线方向确保与测量区的纵线和横线方向一致，航线路径要根据航测区实际情况来确定飞行范围及高度，目的是确保采集影像数据的完整性以及纹理的清晰度，航线规划前提还要将测区周边环境影响因素考虑进去，确保航测时无人机飞行的安全。为了使影像数据采集的准确，航向重叠度应>80%，旁向重叠度应>70%。

2.3无人机航空摄影

第一，选取合适的起飞、降落区域，在收到起飞信号之后，便可将无人机予以启动发射。第二，地面站应当时刻密切观察无人机的数据收集情况，因为其有携带高精密度的差分系统，因而仅仅需要获得差分和基站数据便可。第三，在将航拍任务处理完毕之后，无人机需要返回至降落点上方区域，在操控人员可以做到切实控制无人机的基础上，通过遥控装置将其切换至人员操控模式，从而确保无人机平稳着陆。第四，自存储装置中把相关信息数据加以调出，再对相关数据进行检查，分析数据合格与否，若是存在不合格的问题，就要立刻安排下一次补飞工作[3]。

2.4像控点的布设要求

像控点布设直接关系航测影像数据采集的准确度，一定要严格按照要求进行布设，在城市航测区域边及拐角处必须设置控制点位，测区内的点位间距要均匀设点，点位之间距离大约200～300m。像控点布设要尽量选择在平坦且具有醒目的地方，可充分利用城市中地形、地物，如：选择道路拐角点、斑马线直角点以及地物清晰的分界点等作为布设像控点。

2.5构建三维模型

通过数据处理后采取高密度的点云数据，点云数据量非常大，为降低建模难度，需要采取切块分割的方法，将无人机倾斜摄影测量得到数据分割成多个小块，构建起不规则三角网TIN数据，形成白膜三维模型，再赋予此模型一定的纹理。通过无人机倾斜摄影测量技术可获得测区准确的影像信息和地理信息，再利用先进的GPS定位技术，所得到的影像都是比较精确的坐标信息。再通过纹理映射，就能快速将影响纹理贴到相应的三维模型上，就能形成高分辨率的无人机倾斜摄影测量三维模型。再利用Smart3DCapture软件，就能读城市中的树木、楼房、水体等空间位置和真实形态进行逼真还原，为智慧城市建设提供一个三维、立体、可视化的实景模型。

2.6空三加密

为了有效提高倾斜摄影测量数据的精度，需要进行空三测量工作，将测区内的少量控制点数据加入摄影测量数据解算，控制点应尽量选择航向和旁向航线的重叠位置。将已知大地坐标和像点坐标的控制点使用光束法平差方法进行平差计算，解算每张相片的加密点坐标，建立全测区的统一误差方程，进行平差工作，计算每张相片的外方位元素以及加密点的实际大地坐标数据[4]。

2.7数据处理

第一，做好数据准备。按照测区范围所选择的影像，整理各项数据，分析相机文件，得到焦距、像素等数据。并确定毫无人迹飞行的方向对影像进行旋转，对元素扫描影像文件进行适当的压缩处理，以提高空三测量运算的速度。第二，在Smart3DCapture软件中创建智慧城市建模工程，然后逐步道路预处理的倾斜影像、POS成果、像控成果等数据。并进行影像自动匹配，可通过同名光线匹配影像左右片的同名点，对那些特殊地形地貌或者阴影区域，连接点不足的情况，要防护增加此处的相对定向点重新匹配。第三，通过空三解算得到无人机倾斜摄影测量所需的像素，在立体显示环境下，结合外业控制点像片以及标记点，对各个控制点进行精确量测。

结束语

无人机倾斜摄影技术由于在测量领域具有多项优势，当前已经得到了普遍的运用。无人机倾斜摄影测量技术实际上是以三维建模技术为主要应用的高新测绘技术，采用高精度、高效率，一体化全自动建模技术，成为当前地理信息采集与三维场景构建的重要技术手段。

参考文献

[1]刘志刚.无人机倾斜摄影测量在城市三维建模中的应用[J].地矿测绘,2021,4(2):37-38.

[2]韩宇.基于旋翼无人机倾斜摄影测量的城市三维实景建模研究[J].测绘与空间地理信息,2019,42(4):175-178.

[3]魏学文.无人机倾斜摄影测量技术在规划竣工测量中的应用[J].住宅与房地产,2020(5):230.

[4]原明超,仇俊.无人机倾斜摄影测量在三维模型测图中的应用[J].测绘通报,2020(7):116-119,142