吕 慧 娟

(中国建筑材料工业地质勘查中心山西总队,山西 太原　030031)

1　倾斜摄影定义

倾斜摄影是近年来航测领域逐渐发展起来的新技术，相对于传统航测采集的垂直摄影数据，通过新增多个不同角度镜头，获取具有一定倾斜角度的倾斜影像。应用倾斜摄影技术，可同时获得同一位置多个不同角度的、具有高分辨率的影像，采集丰富的地物侧面纹理及位置信息[1]。基于详尽的航测数据，进行影像预处理、区域联合平差、多视影响匹配等一系列操作，批量建立高质量、高精度的三维模型。

倾斜摄影技术流程见图1。

2　倾斜摄影测量总体流程

2.1　数据的获取

倾斜摄影技术的主要目的是获取地物多个方位(尤其是侧面)的信息并可供用户多角度浏览，实时量测，三维浏览等获取多方面的信息。倾斜摄影数据的获取是通过不同种类的飞行器，搭载不同型号的倾斜相机来进行采集从而实现覆盖高、中、低空的，满足不同面积、比例尺和分辨率需求的影像采集[2]。

2.1.1无人机选择

倾斜摄影三维模型的质量主要取决于两个因素：一是影像质量(影像地面分辨率和影像清晰度);二是照片数量(对同一区域的照片覆盖度)[3]。从实际建模效果来看，要想获得完整清晰、可供高精度量测的三维模型，建筑区倾斜影像的分辨率要达到2 cm～3 cm、一般地区要达到5 cm～6 cm，照片的平均覆盖度要达到30° 重叠以上。因此，多旋翼无人机是进行建筑区倾斜摄影的首选，一般地区的倾斜摄影则可选择小型电动垂直起降固定翼无人机。

2.1.2倾斜摄影相机

目前市场上常见的倾斜摄影相机选用固定式五镜头相机。实际应用中发现，建模效果与相机数量无关，与照片数量和相邻航线飞行的间隔时间相关，采用双镜头摆动式倾斜摄影系统，仅用两台相机就能达到固定式五镜头相机的效果，而且结构简单、重量轻、维修使用方便，成本也较低，因此采用双相机、三相位摆动结构的倾斜摄影系统综合性价比最优，是多旋翼无人机倾斜摄影的首选。摄影时，倾斜相机的角度在20°～30°之间较为合适。45°倾斜角安置的相机的照片边缘的分辨率过低[4]。

2.1.3航线设计

如使用多旋翼无人机和双镜头摆动式倾斜摄影系统进行建筑区2 cm分辨率的倾斜摄影，航线设计的基本要求是：航摄分区尽量为矩形，航线沿矩形区域长边方向敷设，实际飞行范围应超出任务范围1个航高，分区内地形高差小于1/2航高；航线数量为双数且不少于6条，单航线最大长度按多旋翼无人机有效续航里程的40%计算；相对航高平均按100 m设计，当航摄分区内有超过30 m的建筑物时，最小相对航高应按100 m加上建筑物高度计算；航向重叠度大于75%，旁向重叠度大于40%。

如使用双相机和固定翼无人机对普通地区进行5 cm分辨率的倾斜摄影，航线设计的基本要求是：航摄分区尽量为矩形，沿矩形区域长边方向和短边方向分别敷设航线，呈格网状(按十字交叉飞行)，实际飞行范围应超出任务范围1个航高，分区内地形高差小于1/2航高；航线数量应为双数且不少于6条，单航线最大长度按无人机有效续航里程的40%设计，最大长度不超过5 500 m；相对航高平均按300 m设计，最小相对航高应高于摄区内容其他构筑物100 m以上；航向重叠度大于75%，旁向重叠度大于40%。视相机参数和具体环境而定[5,6]。

2.1.4飞行作业

每个航摄分区应统一进行航线设计，用在同一航线设计文件中删除多余航线的方法确定每架次的飞行参数文件。外出作业至少应配备10组电池，或配置便携式发电机现场充电，以提高作业效率。无人机起降场地应尽量靠近摄区，以减少无效飞行距离。作业小组123配置：1辆SUV汽车，2架多旋翼无人机，3名成员(地勤、飞手、助理)。

2.1.5成果精度

倾斜摄影三维模型的建模精度与影像分辨率直接相关，一般为1∶3左右。倾斜摄影三维模型的平面量测精度和相对高程量测精度基本一致。如果影像分辨率为2 cm，则三维模型的建模精度一般为5 cm～10 cm，相应的量测精度也达到10 cm以内，与外业实测点的精度相当，远高于1∶500地形图的精度。如果影像分辨率为5 cm，则三维模型的建模精度一般为15 cm～20 cm，相应的量测精度也达到20 cm以内，高于1∶1 000地形图的精度。

2.2　数据的处理及应用

2.2.1空三加密及真正射影像

获取多视影像后，需要对其进行匀光匀色、几何校正、空三加密、DSM生成、真正射影像生产等处理。目前的主流软件还是用国外的街景工厂(Street Factory)等来处理。

2.2.2三维建模

通过专用测绘软件把倾斜摄影获取的倾斜影像加工处理，可以生产倾斜摄影模型。模型有两种成果数据：单体对象化的模型和非单体化的模型数据。处理流程见图2。

单体化的模型，利用倾斜影像丰富可视细节，结合现有的三维线框模型，通过纹理映射，生产三维模型。这种方式生产的模型数据是对象化的模型，单独的建筑物不仅可以删除、修改及替换，其纹理也可以修改。国内比较有代表性的公司如天际航、东方道迩等均可以生产该类型的模型，并形成了自己独特的工艺流程[7],见图3。现实应用中，可以统计建筑拆迁面积、检测城市地物变化或实时查询各种属性如建筑物的建造时间、高度、权属等信息；道路的宽度、路况査询等。

非单体化的模型，获得倾斜影像后，用专业的自动化建模软件，通过多视角影像的几何校正、联合平差等处理流程，基于影像运算生成超高密度点云，构建TIN模型，并以此生成基于影像纹理的高分辨率倾斜摄影三维模型[8]。影像提取的中间数据(点云)效果图见图4。此方法采用全自动化的生产方式，模型生产周期短、成本低。这种全自动化的生产方式减少了建模的成本，大幅度提高了模型的生产效率。目前国内比较有代表性的技术有上海埃弗艾代理的(Smart3DCapure)，国内使用该软件的公司单位有上海航遥、四维数创、湖南第二测绘院等。现实应用中，多在地

形地貌、土方量计算、通讯和国防建设等领域广泛应用。

2.3　大比例尺测图

国内外已有较多软件可以针对倾斜摄影测量进行测图级精度的作业。成图速度快，精度高而均匀，成本低，特别适用于城市密集区的大面积成图，但前期投入较大，基本由一些大单位来承担。如武汉天际航公司开发的DP-Modeler。它既可通过直接对原始影像交互式重建，亦可对Mesh模型(街景工厂、Smart3D成果)进行精加工，输出精细化的三维数字城市产品。通过集成超低空倾斜摄影或手持相机近景拍摄，配合全站仪实测少量控制点，可达到厘米级精度矢量测图，大幅度降低外业工作强度。但由于无人机相较于大飞机而言在飞行稳定性和数据精确性上有很大差别，同时容易出现影像畸变，要进行正确的影像镶嵌。

3　数据的应用

在智慧三维城市建设中，优于三维实景更能直观的展现界面真实环境信息，故倾斜摄影三维数据可为智慧城市、国土、军事、灾害应急、农林、旅游等多种行业提供二三维一体化的数据来源，通过GIS平台软件对其进行深度应用开发，为各类行业用户提供完整、系统的解决方案与服务。