倾斜摄影测量技术在城市三维建模中的应用

李昌振

重庆市长寿勘测规划院 401220

摘要：随着无人机技术在测绘领域中的不断推广应用，基于无人机的倾斜摄影测量技术逐渐成为城市精细化三维建模主要技术手段。因此，不断研究和改善无人机倾斜摄影测量三维建模方式，提高建模效率和成果精度，降低作业成本，不断推动无人机倾斜摄影技术在城市精细三维建模领域中的应用及深层次研究，是现阶段及未来极为重要的研究方向。

关键词：倾斜摄影；测量技术；城市三维建模；有效应用

1 倾斜摄影测量技术特点及优势

倾斜摄影测量技术主要借助于同一台无人机搭载五部专业测量摄影相机，通过无人机的机动灵活大范围飞行，所搭载的五部相机在飞行过程中从垂直以及四个倾斜角度为40°~-60°之间采集地物侧面的轮廓和纹理信息，并获取完整准确的纹理数据和定位信息，丰富多彩的影像信息给后期三维模型带来更逼真视的觉效果。根据采集到的倾斜影像通过大批量的提取以及自动贴纹理，快速生成实景三维模型。在城市三维建模过程中，倾斜摄影测量技术同样发挥出以下技术优势：（1）当前无人机的应用成本较低、机动性强灵活度高，能实现超低空大范围的飞行多角度对地物测量数据的采集。（2）一部垂直相机与四部倾斜相机通过无人机低空飞行，获得厘米级高分辨的垂直和倾斜影像，四部倾斜相机从不同角度采集影像，可采集到地物测面更加丰富而真实的纹理信息，有效弥补正摄影只获取地物顶部纹理信息的不足。（3）能对大范围内的倾斜影像数据快速处理，通过垂直与倾斜影像全自动空三加密，不用人为干预，实现高分辨的影像自动贴图以及高效率的构建出高精度逼真的三维模型。（4）可多角度的量测、精确的地理定位，实现三维实景重建，通过影像构建的真实三维场景，是带有准确地理位置的坐标信息以及精细表达突出的屋顶、外墙以及地形地貌等地物细节特征，从而生成逼真的三维空间场景，可将获得三维空间场景直接网络发布及共享应用。

2 倾斜摄影测量技术在城市三维建模中的应用

2.1 高度融合与持续更新技术模式

测量及摄影相关工程技术人员把精细修复之后的重要数据信息模型上传至原三维数字处理平台内部，完全实现三维数据信息的快速、精准无缝对接。在国内早期已经建设完成的重要地理区域结构框架的前提条件下，测量及摄影相关工程技术人员大量使用倾斜摄影先进测量技术，基于局部细节更新模块作为更新基础条件，借助剪裁分离、重要数据信息编译以及实时更新等先进技术，把精准修复以后的三维数据模型替代原对应的手工模型，和周围三维数字模型实现快速无缝拼接，进而最大限度地达成现有手工建模数据信息的三维数字模型的实时更新。

2.2 倾斜影像粗差检测

对倾斜摄影影像密集点粗差进行合理剔除，可以有效提高三维建模精度。粗差检测剔除和自由网构建过程：首先以RANSAC方法为基础，采用5点法相对定向法，建立粗差检测双模型，进行密集点粗差检测；然后采用空间前方交汇算法，计算密集点残差，将残差值较大的像点进行剔除；然后通过选择具有较多连接点的三张影像进行两两间的相对定向，若计算获得的3个线元素向量为共面向量，3个旋转矩阵的依次相乘结果为单位矩阵，则表明倾斜摄影相对定向结果准确，可靠性较高，从而输出自由网构建结果。

2.3 建立影像拓扑关系

倾斜式摄影测量技术可以拍到五组影像，除了一般的垂直影像外还可以获取前视、后看、左视及右眼四组影像，除了垂直式的影像外，其它四组都是倾斜式的影像，这样能很好地避免立面遮挡的问题。同时，摄影测量系统利用动态全球定位系统定位技术精确测定摄站空间位置，利用惯性测量装置测定摄影瞬间传感器姿态，通过精确时钟将两者结合起来以确定航片的方位，这些可以提供外部方位元素，建立出两组影像之间的相对位置关系。

2.4 应用于城市规划设计的三维建模

（1）在城市规划管理中应用三维建模，通过城市规划三维辅助审批系统，可提供各类管理数据，并可对城市街道分布情况、民居拆迁进行辅助分析。通过合理应用规划管理可对各类建筑物或地形情况进行全面量测，在城市拆迁辅助分析过程中，通过建筑基本属性可帮助技术人员对计算拆迁实际成本。在街道坡面图中可掌握不同街道建筑物在不同方向中的实际情况、各建筑物之间的关系，可为城市规划建设、楼道美化建设等提供多项参考数据。（2）三维建模在城市建筑物合理性审批中应用广泛，也可有效应用在现代化城市应急指挥工作中，在交通管理、城区改建、土地资源管理等城市管理工作中具有应用价值。（3）随着城市化建设规模的不断扩大，人们对电力资源的需求量在持续增加，同时增加了城市电力路线的规划与测量难度。倾斜摄影测量技术可在短时间内对电力路线的三维模型进行合理的设计与建设，准确提取与电路相关的基础信息。通过与其他线路设计方案的对比，确定合理的电力路线方案，进而有效规避电力路线建设问题，可帮助工作人员避开林区等特殊区域，优化现有的电力路线设计方案。在城市环保建设与规划设计工作中，广泛应用倾斜摄影测量技术，可有效提升城市环保建设与发展规划设计的质量与水平。

2.5 城市规划选址中的应用

城市的规划和选址过程中也会使用到无人机倾斜摄影技术，可以让用户借助于系统提供人机对话工具，提供虚拟环境物体交互操作，在现实环境当中可以融入规划环境，最终让规划成果达到可视化的目标。采用倾斜摄影能够得到倾斜三维数据模型以及高分正射影像数据等，这就为城市观察提供了微观和宏观不同层面的研究对象，便于在开展总体规划的同时，更好地观察到城市当中的每个细节，方便对周边的详细环境开展研究分析，通过和规划数据相互融合，让周边环境和规划内容之间的融合程度更加密切。

2.6 优化EPS建模

EPS是PostScript语言描述的一种ASCII图形文件格式，在PostScript图形打印机上可打印出高品质的图形图像。该格式主要分为PhotoShopEPS格式与标准EPS格式，标准EPS格式又可分为图形格式、图像格式。在PhotoShop中只能打开图像格式的EPS文件，在cdr中可打开矢量图，文字不可编辑，但图形可以提供曲线方式进行编辑。将EPS软件的应用到城市3D建模工作中，可提升测量区域内物体信息的准确性、科学性，促进工作人员全面掌握不同类型数据的多样化特征，提高数据测量的有效性，减少后续工作中因信息错误引发的问题。与此同时，将EPS软件应用到区域测量与三维模型的建设工作中，以图形可进行曲线编辑的特点为核心，可提升生成实体模型的有效性，提高测量的精确度与测量效率。

3 结束语

倾斜摄影测量技术作为当前应用较多的一种三维建模技术，为城市实景三维建模提供了新的技术方向。该技术能够快速高效、高精准在城市测量中获取多角度高分辨率的遥感影像地理信息，经过相关软件自动化处理，进而连接到三维地理信息平台并自动化构建出城市实景三维模型。在实际三维建模中，倾斜摄影测量技术也难免会受到一些因素的影响，时常构建出来的模型无法达到应用效果。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。

参考文献：

[1]赵建春.基于倾斜摄影测量技术的实景三维建模及精度分析[J].科学技术创新,2022(07):127-130.

[2]贺正训.倾斜摄影测量在城市精细三维建模中的应用研究[J].经纬天地,2022(01):5-9.

[3]陈福生.基于倾斜摄影测量技术的三维数字城市建模[J].江西建材,2022(01):110-111.