徐建英

摘要：当前建模已由二维平面向更为立体和形象的三维模型转变，使得“数字城市”等观念已在各项技术的支持下，逐渐转化为现实以跟上城市信息建设发展的需求。无人机倾斜摄影测量在此过程中发挥了巨大的作用，为技术人员提供了与建模相关更为精确的数据。本文从介绍无人机倾斜摄影测量的概念与原理入手，探究其在建立三维模型时所涉及的技术，并对建立的模型从精度角度进行了分析。

关键词：倾斜摄影;三维建模;精度分析;测量

Key words： tilt photography; 3D modeling; accuracy analysis; measurement

构建“数字城市”首先要建立起该城市的立体三维模型，可通过在获取复杂城市空间分布信息的基础上输入进特定的系统以完成建模[1]。其中，空间数据获取的速度与准确性直接对数字化城市的构建进度产生影响。现阶段，技术人员采取在体积较小、操作性强的飞行器上绑定传感器的方式完成对城市建筑物的数据信息采集工作，一方面避免因人力测量而带来的危险性和难操作性，另一方面也提高了测量的精度和速度，实现在采集的同时完成三维实景建模。

一、倾斜摄影测量概述

倾斜摄影测量技术通常依靠无人机搭载的摄影及传感设备来实施操作，具有体积小、能耗低、灵活快捷等优势[2]，且能与技术人员的建模设备直接相连，实现数据的即刻传输，集二维与三维于一体，避免了单一形式造成的偏误，是现阶段采集城市空间信息较为理想的方法之一。

（一）倾斜摄影测量原理

倾斜摄影测量背后的原理在于，首先承载该技术的无人机上会搭载像素较高的摄影设备与准确度较高的传感设备，当摄影设备的主光轴偏离铅垂线呈一定夹角时，对目标建筑开启采集数据任务[3]。以多个角度采集的影像资料为参考依据传输到技术人员的设备后开始建模，其要点在于通过对多视角影像反馈的信息施以联合平差的方法，避免了周围遮挡物对其的干扰，使地理要素彼此之间的连接变得更为顺畅，自动化程度较高，准确性也得到了质的突破[4]。

（二）倾斜摄影测量下的支撑技术

由无人机承载的倾斜摄影测量以无人机飞行控制技术、基于GNSS与惯性的导航系统、地机联控系统与数据传输技术等为支撑[5]，在保证飞行设备稳定运行的基础下，实现倾斜摄影的顺利实施。具体为：其一，技术人员优化了飞行器的内部框架，将飞行器的控制系统与导航系统作为设计的核心，融合了红外传感、导航等多重技术，使技术人员能够随时控制其飞行的高度、速度、姿态等，使其能够在遮挡物较为密集的区域畅通飞行;其二，技术人员优化了飞行器的气动外形，降低了气流对其的飞行阻力，使其具备抵御不良天气的能力。

二、倾斜摄影测量与三维模型建立

由无人机承载的倾斜摄影测量在建立三维模型时，通常有四个步骤：影像配对、三角测量、三角网构建与密集配对、纹理匹配。

影像配对即无人机搭载的摄影设备通过倾斜摄影获得了目标建筑不同角度的真实影像数据[5]，为使后续目标影像的融合与识别工作的顺利进行，需提前通过算法将反射影像资料的同名点找到，以此建立不同目标影像资料间的联系。三角测量该步骤主要采用共线方程的计算来实现对同名点坐标、反射目标建筑外方位的数据等信息的求解。此过程中，为了将上一步骤获取的匹配信息校正到一致的参考空间中，则必须获取其在空间中横竖纵三个方位的测量坐标点，以此完成对该数据的处理。在上述两个步骤完成后，目标建筑及周围方位的正确模型已经初步建立。为其变得更为精确与实物接近，需要将反映的影像资料与目标建筑进行更为系统和密集的配对。纹理匹配是三维建模的最后步骤，目的在于对已建成的模型作表面装饰。具体是通过将目标建筑在二维平面中呈现的特点逐一与三维模型中的细节相对照，在获取更多详细特征信息的基础上，进行纹理的构建。

三、探究倾斜摄影测量建立三维模型的精度

探究由无人机搭载的摄影设备对目标建筑进行测量而形成模型的精度，可以从测量方法与系统本身、反映影像重叠程度、控制点计算、数据计算与传输等角度入手。首先，测量方法与系统本身，这一角度造成的误差主要跟摄影设备及传感设备本身就存在着一定的不精确性相关，在设备外观与功能完好的情况下，几乎不会对建模结果造成较大影响。解决办法可通过定期对飞行器及其搭载的测量设备进行功能检测，在实施测量时注意当天的天气预报。其次，反映影像重叠程度;密集的影像资料传输会带来信息上的重叠，其可对三维建模作纠正提供数据支撑。通常情况下，可通过同一角度多张影像资料的传输解决这一方面存在的误差。再者，控制点布设需满足与目标建筑相关的区域精度要求，其在数量、方案及获取的位置都可能影响模型三角计算的结论。最后，由数据计算与传输造成的误差与构建三角网时对信息的选择、三角网尺寸的确立、重叠点的选取、纹理对照数据库的建立与运用等多个角度有关。

四、结语

与“数字城市”相关理念的提出，是我国信息化技术发展的见证，也是当前进行城市空间管理与布局的必然要求[6]。通过无人机搭载摄影与传感设备，实现对目标建筑或区域进行倾斜摄影与测量，从而完成数字化三维模型构建的过程，需要较多技术的融合支撑。在其实施过程中，需严格按照程序流程和保证无人机设备功能与外观正常的情况进行，以提高建模的精度。

参考文献：

[1]秦爱梅.试谈无人机倾斜摄影测量技术在三维数字城市建模中的应用[J].电脑编程技巧与维护，2020（02）：143-144.

[2]余章蓉，范鸿润，朱景辉，罗济彬，郭乾政.无人机单镜头倾斜摄影测量及三维建模技术方法研究[J].软件，2019，40（12）：51-55.

[3]李芳，刘洋洋，李孙桂.倾斜摄影测量技术在城市三维建模及三维数据更新中的应用探讨[J].中国标准化，2019（20）：49-50.

[4] 杨明军，康冰锋，韩丹.基于LiDAR和倾斜摄影测量技术的实景三维自动化建模方法[J].科技资讯，2018，16（33）：93-96.

[5]付博，陳姗，张俊.无人机倾斜摄影测量技术在三维数字城市建模中的应用[J].湖南工业大学学报，2019，33（05）：79-83.

[6]田超，王书阳.基于无人机倾斜摄影测量技术的三维建模及其精度分析[J].资源信息与工程，2019，34（01）：125-126.