张静坤 孙亮 聂振刚 李莹莹

摘 要：在科技不断进步的背景下，遥感技术也取得了较大的进步，其应用也越来越广泛。其中倾斜摄影测量技术是近些年发展起来的新遥感技术，该技术不但能实现地理信息的全方位呈现，还可以借助定位、全景等一系列手段提高航拍摄影的效率，从而构建更加全面逼真的三维图形。因此，结合无人机技术和倾斜摄影测量技术进行三维城市建模可以显著提高城市三维建模的精确度和真实度，对于城市建模工作来说帮助很大。基于此，文章针对无人机倾斜摄影测量技术在三维城市建模中的应用进行了探讨。

关键词：无人机;倾斜摄影测量技术;三维城市建模

我国无人机领域起步较西方发达国家要晚，受技术所限，发展也比较缓慢。但随着科学技术的逐渐发展和国家政策的大力扶持，无人机技术更多应用于航测系统，两者的有机结合很大程度上促进了双方的良性发展。无人机的遥感拍摄技术也更多的应用于生活中诸多领域。无人机技术发展至今，已经可以做到多层次、多维度的掌控航拍手段，也可以利用互联网思维，融合计算机技术，对航拍的照片进行一系列精准测算，增强该技术的能动性和应用范围。近几年来，无人机航测系统的相关技术和手段愈发先进和精准，相较先前的测算手段来说都更加安全、精确、可靠、便捷。而且，无人机与拍摄设备的完美兼容也使航测所获的图像更加清晰，测算更加方便，应用范围也更为广泛。另外，对于建筑工程中的测绘工作来说，有了无人机的帮助可谓事半功倍。以西方发达国家为例，倾斜摄影测量技术的发展十分迅速，短短十几年就获得傲人成就。其中成就斐然的有美国Pictometry公司的倾斜摄影测量系统，天宝公司的AOS系统等。中国也紧跟技术潮流，2010年4月，北京天下图数据技术有限公司首次从国外引进倾斜摄影测量技术，标志着中国的摄影测量进入倾斜摄影测量时代。如今，国内通过倾斜摄影测量技术进行的三维建模工程主要是采用国外的StreetFactory或景瞰公司的Smart3DCapture软件进行全自动正摄影像和倾斜影像的联合空中三角测量，这些技术能够全自动化构建三维模型，全自动化贴纹理形成最终三维真实场景，相对于传统的3dsMax、AutoCAD结合人工建模，这些倾斜摄影测量的软件可以大大提高建模效率，减少人工干预的时间，倾斜摄影测量技术还可以以大范围、高精度、高清晰的方式全面感知复杂场景。

一、无人机倾斜摄影测量技术概述

无人机倾斜摄影测量系统包含飞控系统、地面监控系统、传输系统、地面设备等部分。无人机倾斜摄影测量技术从广义上来说包括无人机技术和倾斜摄影测量技术。无人机技术指通过自动控制系统可以使无人机完成预定操作的技术，主要分为直升机、多旋翼、固定翼、复合翼等类型。无人机较同类型工具具有显著的特点，例如，结构简单、携带便捷、适用范围广、成本低廉、信息化程度高等等。这种技术通常应用于测绘或者测量国土资源。而倾斜摄影测量技术就是利用多角度相机拍摄地面物体的不同角度，所得的图像有更高的分辨率。与该技术绑定的三维建模技术可以模拟人眼观察到的视觉景象，而GNSS技术能够整合三维建模所得信息，录入城市地理信息系统中，在完善和统一管理城市地理信息的同时，也提高用户体验感受、减少成本投入。

二、无人机倾斜摄影测量技术要点

1、无人机倾斜影像效果

倾斜摄影测量技术利用自身搭载的多组高精度传感器可以从高空展现物体的垂直方向以及四个倾斜角度的立体图像，这个技术也解决了传统航拍中拍摄角度单一、易受到外界干扰和有摄影死角等问题，极好的关注到了物体的侧面纹理等细节。本次实验过程中，因旁向重叠度和航向重叠度高，一个建筑物容易同时出现在多张倾斜影像上。图1为不同方向的影像数据

2、无人机倾斜摄影测量影像采集流程

最具有突出标志并被大众广泛接受的是北京东方道尔公司和武汉华正公司的后处理技术，这两者都以LIDAR数据为前提，前者采用半自动人工交互模式，后者则有自动化生产的技术。一般说来，倾斜摄影测量工程师需要齐备这两者工具，但作业和经济成本的压力偏高，倾斜摄影测量三维建模就很好的解決了此番问题，但相较于外国的先进后期处理技术来说还有一定距离，具体处理流程如下：

1）前期资料准备。在测量之前收集需测量关于测量区域的资料，尽可能全面深入地了解测区的相关事项，为无人机入场测量做好前期准备工作。

2）设置地面控制点。为了确保测量精度满足要求，需要合理设置控制点并对控制点进行测量，同时要合理设计无人机航行路线。注意地面控制点要清晰、明显、分布均匀，不要布置在墙角或者屋顶角等高程变化大的地方，作为城市三维模型的重要组成部分，地表地物也是城市建筑交通的关键信息。可以根据收集的城市规划图确定控制点，还可以用全站仪或者RTK重新测定控制点;此外，可以利用数码相机布设现场摄影点，拍摄一些地貌地形复杂区域的标志物，便于后续进行查找比对。

3）影像数据的获取。利用无人机倾斜摄影测量技术获取地面纹理数据、地物高程信息等关键数据。在进行无人机航拍测量之前应该结合需要测量的地物合理设置无人机航行路线，航行高度、航向和旁向重叠度，然后整合无人机获取的航拍影像数据，检查影像的重叠度、变形、定位定姿系统信息与影像对应关系等参数是否符合要求。如果满足要求则可以对影响进行预先处理，并将处理后的影像数据成果进行进一步处理，最终获得需要的数据信息。

三、基于无人机倾斜摄影测量的三维城市建模

1、总体建模思想

第一步，利用无人机飞控软件获得测区的图片，再将所得照片导入计算机中，检查照片并对不同摄像头得到的影像进行分类，分类完毕的五个方向的影像放在五个文件夹中;第二步，利用Smart3DCapture对拍摄的图片进行拼接与处理，得到垂直和倾斜影像数据、POS 数据成果，用Smart3DCapture生成DSM深度影像。第三步，通过 Smart3DCapture 软件生成三维模型。

2、建模过程

建模过程囊括初期建模和后期修模。总体模型采用基于Smart3DCapture的自动三维建模软件建模。后期还涉及主要建筑物的单体化和水面的修补问题，这两个问题可以通过使用DPmodeler和杰魔等软件来解决。在实际建模时，还需根据时所需类型谨慎测量和采集信息，分类之后一定程度上可以提高建模的工作效率。

综上所述，在城市三维建模领域，无人机倾斜摄影测量技术具有非常明显的优势，但目前该技术还有待完善，受到一些问题的影响，无人机倾斜摄影测量技术进行三维建模时会受到一定的制约，如模型的局部细节缺陷影响到城市三维模型的实际应用效果。因此，必须不断深入研究无人机倾斜摄影测量的研究，不断推动该技术在三维城市建模中的应用，以使其更加完善。

参考文献：

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