刘德强　韦波　叶茂　韦霄霄

【摘 要】经过几年的发展，倾斜摄影测量技术在测绘行业及城市规划行业已经得到较广泛的应用。该技术具有省时、高效、成本低的特点，因此成为展示三维虚拟空间必不可少的手段。文章以广西南宁市部分地区作为研究区域，通过对倾斜摄影测量技术的数据采集及模型生产进行试验，研究出了一套标准化的倾斜摄影建模方法，能够保证倾斜摄影模型的高精度及高质量。该方法的推广能够使倾斜摄影测量技术在实际应用中有高效高质量的产出。

【关键词】无人机;倾斜摄影模型;质量控制

【中图分类号】P231 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2020）01-0080-03

0 前言

传统摄影测量人工三维建模工作量大、耗时长、费用高，不能满足当代发展需求[1]。在现代技术快速更新换代及城市规划及其他业务的迫切需求下，倾斜摄影测量技术应运而生，它是国际测绘遥感领域近年发展起来的一项高新技术。应用它能够快速、高效、精确地进行实景三维建模[2]。但是，现有的模型的建立方式存在模型质量不高、精度不够等问题。本文探索出了一套完整的精确、快速建立高质量模型的技术体系，从而能够实现从数据采集到模型的快速生产及质量控制。

1 倾斜摄影测量简介

量测型倾斜摄影技术是近几年来测绘领域发展起来的一项新兴、热门技术，一般是以一个飞行平台作为载体来搭载多台量测型相机，多台相机同时工作，这样就能获取一个垂直、多个（一般是4个）倾斜等多个不同角度采集的影像（如图1所示），通过采集的不同角度的影像及POS信息，它同时也融合了正射和倾斜影像，利用已有的倾斜摄影模型生成软件自动实现建筑物三维倾斜模型的建立，包括侧面纹理和贴图采集及自动生成[3]。

快速构建三维模型的原理是在图形运算单元（CPU）的基础上[4]，通过无人机飞行平台获得的倾斜影像、照片等数据经过几何纠正、联合平差、点云生成、三角网构建、自动赋予纹理等步骤，三维模型建立成功[5-6]。与传统人工建模对比，倾斜摄影模型具有拟真程度更高（实景）、建设周期更短、费用成本低等显著特点[7]。

2 研究内容与研究方法

本研究旨在对现代以无人机为飞行平台的倾斜摄影技术进行探索，以形成一套实用的可控的技术路线来应对日益增长的三维模型建设需求，以期能够更精确、更直观地展示城市当前面貌，更准确地与当前测绘数据结合，能够实际应用到城市规划及其他领域中。

通过对倾斜摄影技术的研究与探索，经过基于控制变量法的不同条件下的针对性的测试性数据采集，我们对数据采集经验及流程进行了总结与归纳，特别是在数据采集参数控制及高质量数据生产方面形成自己的技术体系。该技术体系整体分为前期区域资料搜集、任务规划、布设控制点、航线规划设计、无人机飞行参数设置、无人机自主可控数据采集、数据整合、数据分析处理、高精度倾斜摄影模型生产等步骤（如图2所示）。这些步骤的精细操作保证了最终倾斜模型的高质量，为后期数据的应用奠定了良好的基础。

3 研究区域简介及飞行平台选择

3.1 研究区域简介

本文实验区域位于南宁市，南宁市位于广西壮族自治区南部偏西，是广西壮族自治区首府及广西政治、经济、文化中心，总面积为22 112 km2，其中建成区面积为242 km2。南宁与越南社会主义共和国毗邻，地处亚热带，北回归线穿域而过，介于东经107°45′～108°51′，北纬22°13′～23°32′之间，地理坐标东经108°22′，北纬22°48′。截至2013年底，南宁市总面积为33 112 km2，土地面积为22 112 km2[7]。

本文选取南宁市两个地点作为实验区域，一个是广西大学片区，广西大学位于城市中心部分，周边建筑复杂，有开阔地也有高楼林立。另一个是木村片区，木村位于南宁市江南区江西镇，距市区18 km，周围群山环抱，土地广阔，生态环境优美。它是南宁市少有的古建筑群落，对飞行精度及模型质量要求较高。

3.2 研究区域前期资料收集

前期主要搜集测图区域的现有地形图、影像资料、测区范围等资料，并对搜集到的资料进行核查，评价资料的可信度与可利用度。现场勘察了解测图区域内的地物、气象条件、高程变化、交通情况、测量控制点的位置及保存情况。勘踏后编写技术设计书，进行任务规划。本文搜集到研究区域内近几年的地形图、影像资料等，并進行了现场探勘，对比了研究区域现状与搜集资料之间的异同，确定了资料的可用性及测区范围，并制订了详尽的任务规划。

3.3 飞行平台选择

在对研究区域的研究中，飞行平台的选择至关重要。无人机是由无线设备控制操作的不载人飞机，其成本低，空域限制小，能完成载人驾驶飞机不宜执行的多种航拍任务。无人机飞行高度低，携带的倾斜摄影传感器所拍摄出的相片分辨率高，颜色真实，能够提高所构建模型质量。本文经过相机分辨率、控制距离、飞行高度、飞行时间、悬停精度、飞控系统等方面的比较，最终选择“大疆”专业级四轴飞行器精灵4pro。

4 倾斜摄影的数据的外业采集

在开始飞行采集数据之前，本研究根据地形图及现场勘察对搜集的控制点信息进行了校正、替换、补充，确保控制点在影像清晰的明显地物点上，并且尽量布设在上下两条航线重叠范围内，确保布设的控制点能用于多张相片。并在空中三角测量作业区域中间布设检查点，本研究选择高程精度和平面精度最弱处进行检查点布设。总共布设可控制点60个，检查点90个。拍摄天气条件为晴朗，可是距离长，风速小，在上午10时到下午15时之间进行拍摄，航向重叠度为70%，旁向重叠度为50%，设计航线共6条。对研究区测区范围、建筑物高度进行测算后，确定广西大学区域航行高度为120 m，最高分辨率可达2.5 cm;木村区域为80 m，最高分辨率可达1 cm。航摄完成之后，对区域内树木与建筑临近区域及桥梁区域进行地面补拍。飞行完毕后，获取数据，并对获取的影像进行质量检查，对不满足要求的区域进行补飞，直到获取的影像质量满足要求。

5 倾斜摄影模型的内业生产

在航摄过程中，由于拍摄时间及拍摄空间的变化会造成影像之间的色彩偏差，所以需要经过匀光匀色处理才能生成合格的影像。为了保证影像及模型的精度和质量，需要进行几何校正、同名点匹配、区域网联合平差，平差后得到含有3个坐标、3个方向角信息的数据，利用该数据对航摄得到的倾斜影像进行处理，确保影像能够在虚拟三维空间中匹配到精确的位置和姿态，使得影像上的像元能对应实际真实的地理位置，倾斜摄影模型内业生产流程如图3所示。

本研究采用全自动化的生产方式来生产倾斜摄影模型，利用Bently公司的Context Capture（Smart3D）软件生产三维模型，应用该软件生产模型一般需要以下几个步骤：对POS数据、航摄采集影像、相机文件进行预处理;导入处理合格后的影像进行质量检查;控制点基准量测;“空三”加密解算;多视角影像密集匹配;三维TIN网格构建;白体三维模型创建;自助纹理映射;三维模型建模。在模型构建过程中在影像的基础上生成超高密度点云，TIN模型由点云構建生成（如图4所示）。广西大学研究区域模型如图5所示，木村研究区域模型如图6所示。

6 总结

本文根据对南宁市部分研究区域倾斜摄影三维建模，总结出了一套从倾斜摄影数据采集到倾斜摄影模型生产的技术方法。应用该方法能够节约倾斜摄影数据采集的时间及精确度，能够提升生产倾斜摄影模型的质量。该方法能够形成一个倾斜摄影测量技术的标准，能够进行推广以提高业界的倾斜摄影技术应用水平。由于研究区域的局限性及流程检验的不充分性，因此本研究所提出的方法还有待继续试验改进，为弥补这一不足还需要将该方法应用到更多的模型生产中去。

参 考 文 献

[1]王建强，钟春惺，江丽钧，等.基于多视航空影像的城市三维建模方法[J].测绘科学，2014，39（3）：70-74.

[2]王伟，黄雯雯，镇姣.Pictometry倾斜摄影技术及其在三维城市建模中的应用[J].测绘与空间地理信息，2013，34（3）：16-19.

[3]田野，向宇，高峰，等.利用Pictometry倾斜摄影技术进行全自动快速三维实景城市生产——以常州市三维实景城市生产为例[J].测绘通报，2013（2）：59-61.

[4]赵雷，包银丽，袁翔东.基于倾斜摄影测量技术的建筑物空间变化监测探讨[J].地矿测绘，2015，31（4）：11-14.

[5]谭金石，黄正忠.基于倾斜摄影测量技术的实景三维建模及精度评估[J].现代测绘，2015，38（5）：21-24.

[6]张祖勋，张剑清.数字摄影测量学[M].武汉：武汉测绘科技大学出版社，1997.

[7]王之卓.摄影测量原理[M].北京：测绘出版社，1979.