王鹏飞 刘阳

摘要：智慧城市建设具有很强的复杂性，对城市测量数据的精度有严格要求，传统测量技术效率低，测量数据准确性不足，难以满足智慧城市建筑的需求。而无人机倾斜摄影测量技术是一种新型的测量技术，将其应用到智慧城市建设中，可提供更加全面、真实、有效的城市信息数据，再利用BIM软件或者其他软件系统，就能建立起三维立体化的智慧城市建设模型，为建设智慧城市提供必要的数据支持和参考，对促进城市发展，合理规划布局等方面都有非常重要的作用，值得大范围推广应用。

关键词：智慧城市无人机倾斜摄影测量技术飞行平台空三测量

中图分类号：P231文献标识码：A   文章编号：1672-3791（2022）04（a）-0000-00

Application Analysis of UAV Tilt Photogrammetry Technology in Smart City Construction

WANG PengfeiLIU Yang

（Hebei JiuhuaExploration and Mapping Co.， Ltd.， Baoding， Hebei Province， 071000 China）

Abstract：The construction of smart city is very complex， and the precision of urban measurement data is strictly required， the traditional measurement technology is inefficient， the accuracy of measurement data is insufficient， and it is difficult to meet the demand of smart city building. And the UAV tilt photogrammetry technology is a new type of measurement technology， which can provide more comprehensive， real and effective city information data when applied to the smart city construction， and then use BIM software or other software system， it will be able to set up a three-dimensional intelligent city construction model， provide necessary data support and reference for building a smart city， and play a very important role in promoting urban development， rational planning and layout， etc. ， it is worth popularizing and applying in a large scale.

Key Words：Smart city; Unmanned Aerial Vehicle; Tilt table photogrammetry; Flight platform; Aerial three-dimensional survey

在信息化时代，城市建设正在如火如荼地进行，随着大数据技术、互联网技术、“互联网+”技术、5G技术的不断发展，为建设智慧城市提供了新的技术支持。但建设智慧城市，不仅仅需要新技术的支持，更加需要真实、精确的城市测量数据和信息。城市高楼林立，道路更加错综复杂，传统测量技术具有很强的局限性，通视性能比较差，难以全面获得城市信息。而采用无人机倾斜摄影测量技术则可以有效解决这一问题，既能提升城市测量的效率，也可以降低城市发展对测量的影响，而且测量数据精度比较高，可为智慧城市建设提供必要的参考和指导。基于此，开展智慧城市建设中无人机倾斜摄影测量技术的应用分析就显得尤为必要。

1无人机倾斜摄影测量技术的优点分析

（1）可实现单张摄影测量。利用无人机倾斜摄影测量技术配合相应的计算机软件，可对城市地物的高度、长度、面积、角度、坡度等进行详细测量，并形成单张影像，为智慧城市建设提供更多的数据支持。

（2）可真实反映城市结构布局，以及所有事物的真实情况。和传统正射影像相比，无人机倾斜摄影测量技术能够从多个角度观察城市事物，从而更加真实地反映出事物的实际情况，提升智慧城市建设的科学性合理性。

（3）可采集城市地物的侧面信息。在智慧城市建设中，应用无人机倾斜摄影测量技术可实现大规模成图，批量提取城市的纹理信息，提升智慧城市建设的速度，降低成本。

2无人机倾斜摄影测量系统的结构组成分析

2.1无人机飞行平台

城市地形起伏变化明显，高楼林立，植被树木丛生，无人机飞行难度大。考虑到城市测区对无人机起降、飞行高度的需求，在具体测量中可采取具有小场起降能力，且飞行过程比较稳定的旋翼无人机，配置稳定的飞行系统，以同步記录无人机飞行拍摄的具体位置和姿态。此种无人机飞行平台具有可靠性高、操作简单、起飞和着陆稳定性等特点。

2.2传感器

为建设智慧城市三维立体模型，传感器需要能够获得目标在地物各方向的实景影像信息，以保证获得影像的完整性和可用性。在无人机倾斜摄影测量中获取地物的角度通常在45°左右。因此，传感器可选择轻型航空器外挂摄影吊舱云台，五相机一体化稳定系统[1]。

2.3数据处理系统

无人机倾斜摄影测量中会获得大量数据，这些数据有的是有价值，有用的数据，而有的则无用的数据，需要利用Photomesh软件进行处理，此数据处理系统是在Smart3D的基础上研发出来的，既能在单机上运行，也可以采取集群方式对三维影像数据进行处理。

3无人机倾斜摄影测量技术在智慧城市建设中的应用要点

3.1案例分析

某城市的面积为1.24万km2，為契合时代发展要求，建立起智慧城市，用无人机倾斜摄影测量技术来获得城市现状数据，包括：5cm分辨率的航空影像数据、倾斜影像数据、城市建设三维模型等。需要用到的硬件设备包括：3套计算机工作站，2架OS-M8无人机，一用一备，2台中海达V60 RTK，1辆工具车，4套Smart 3D软件，2套航空远景软件，2套Photomesh数据处理软件，若干计算机和办公软件。

3.2设备选型和技术要求

在案例城市吃无人机倾斜摄影测量中，采取了中海达OS-M8八旋翼无人机，自重只有7.1kg，旋翼轴距为1280mm，旋翼的长度为18寸，续航时间在30～45min之间，最大载重量为5kg，控制半径为10km，巡航速度在0～12m/s之间，升降速度在2～10m/s之间，飞行温度在-10℃～40℃之间，最大抗风等级为6级，自主飞行，双星双控，能够满足本次无人机倾斜摄影测量的需求。

相机选择5镜头倾斜摄影测量相机，东西南北各布置一个镜头，最后一个垂直布置，倾斜角度为45°，自重为2.1kg，焦距为10.4mm，像素1亿，可同步记录曝光点POS数据信息、GPS数据信息，最大分辨率为2cm，摄影环境温度在-10℃～40℃之间，满足该次测量的要求。

在无人机倾斜摄影测量中以无人机作为遥感传感器的飞行平台，在机身上搭载传感器，近地面对测区进行航摄，按照无人机的飞行姿态，对拍摄的影像进行解算和拼接，从而得到测区地物的各种信息，得到用于绘制1：500地形图和数字倾斜影像图的立体影像。航摄相对于航高的计算公式如下：

此公式中H表示无人机航摄的高度（m）;f表示相机镜头焦距（mm）;GSD表示地面分辨率（mm）;a表示像元尺寸（mm）。在整个无人机倾斜摄影测量过程中，像片的重叠度、倾斜角、旋偏角、航线的弯曲度等都必须满足《低空数字航空摄影规范》中的要求，以保证无人机倾斜摄影测量的准确性，为智慧城市建设提供必要的数据支持。

3.3布设航线

布设航线也是应用无人机倾斜摄影测量技术的关键工序，航线是否合理，直接关系到测量的准确性和全面性。因此，在案例城市无人机倾斜摄影测量中，航线主要是按照测区走向直线方法进行布设，以保证测区影像的有效性。但考虑到倾斜摄影相机的拍摄角度为45°，为保证边缘物体立体成像效果，要保证航线覆盖测区边缘界线至少250m。案例城市测区范围比较大，且形状不规则，为避免航线太长，影响测量的准确，可分为多个测区布设航线。

3.4航飞作业

考虑到当地的气候条件和地形变化条件，在本次无人机倾斜摄影测量中集中在上午8点到下午5点，以降低相片中的阴影面积，如果遇到大风天、阴雨天、雾霾天要避免飞行，以保证无人机安全。通过GPS导航设计航迹坐标，若采取了分区测量的方法，则航向航线重叠至少1张像片，像片的重叠不小于80%，旁向航线重叠也要至少重叠一条航线，像片的重叠度不小于70%。无人机倾斜摄影测量中像片倾角通常情况下不宜超过5°，最大不应超过12°。旋角通常不宜大于15°，最大不应超过30°，以保证像片能够满足制作1：500倾斜影像图的需求[2]。

为保证无人机倾斜摄影测量质量，在正式航飞之前，需要对测区的地形、气象、交通等进行详细了解，并对实施方案进行审核，发现问题及时调整，做好进场前的准备工作。无人机操作人员，要了解测区空域情况，竖向周边机场位置和空中管制的要求。严格按照GPS导航系统的指引进行飞行，保证飞行的平稳性，偏角和倾斜度要控制在允许范围中[3]。

3.5选择像控点

在本次无人机倾斜摄影测量中，布设了五个镜头，每个镜头都是独立的，要从每个镜头的正射像片中选择测区的像控点。像控点选择是否准确，直接关系到测图的准确性，因此，选择像控点时，必须选择纹理分明的点位作为像控点，为保证像控点选择的精度，在本次无人机倾斜摄影测量中采用GPS技术获得像控点，测量误差控制在5cm以下。除测量精度之外，影像目标精度也会影响像控点的选择精度，这就需要测量人员尽量选择纹理明显、对空通视、位置平坦的点位作为像控点[4]。如果测区没有找到明显纹理的地物，则需要先布设像控点目标，以提升像控点选择的精度。在室内找到像控点之后，在室外做好标记，再回到室内对各个标记点进行整理。

3.6数据处理

在进行数据预处理中，由于在本次无人机倾斜摄影测量中，装设了5个镜头，倾斜拍摄的角度为45°，每个镜头拍摄的角度不同，存在光线反差、强度不一致的问题，得到的像片也就存在色彩、明暗度不同的问题，从而影响智慧城市三维建模的效果。为解决这一问题，就需要在影像质量检查阶段以及Mosaic阶段调整影像的色彩[5]。

空三测量是无人机倾斜摄影测量数据处理的核心环节。为保证空三测量的准确性，可从以下几个方面同时入手。

（1）做好数据准备。按照测区范围所选择的影像，整理各项数据，分析相机文件，得到焦距、像素等数据。并确定毫无人迹飞行的方向对影像进行旋转，对元素扫描影像文件进行适当的压缩处理，以提高空三测量运算的速度。

（2）在Smart 3D Capture软件中创建智慧城市建模工程，然后逐步道路预处理的倾斜影像、POS成果、像控成果等数据。并进行影像自动匹配，可通过同名光线匹配影像左右片的同名点，对那些特殊地形地貌或者阴影区域，连接点不足的情况，要防护增加此处的相对定向点重新匹配[6]。

（3）通过空三解算得到无人机倾斜摄影测量所需的像素，在立体显示环境下，结合外业控制点像片以及标记点，对各个控制点进行精确量测。得到的控制点再进行绝对空三解算，就能得到定向点的残差和检查点的誤差，再根据城市无人机倾斜摄影测量的实际需求，就能得到不同格式的模型数据。

3.7构建三维模型

通过数据处理后就能得到采取高密度的点云数据，点云数据量非常大，为降低建模难度，需要采取切块分割的方法，将无人机倾斜摄影测量得到数据分割成多个小块，构建起不规则三角网TIN数据，形成白膜三维模型，再赋予此模型一定的纹理。通过无人机倾斜摄影测量技术可获得测区准确的影像信息和地理信息，再利用先进的GPS定位技术，所得到的影像都是比较精确的坐标信息。再通过纹理映射，就能快速将影响纹理贴到相应的三维模型上，就能形成高分辨率的无人机倾斜摄影测量三维模型[7]。再利用Smart 3D Capture软件，就能读城市中的树木、楼房、水体等空间位置和真实形态进行逼真还原，为智慧城市建设提供一个三维、立体、可视化的实景模型。

4结语

综上所述，结合理论实践，分析了智慧城市建设中无人机倾斜摄影测量技术的应用，分析结果表明，智慧城市是未来城市发展的主要方向，但对城市地理位置信息、空间结构布局信息等有严格要求，传统正射影像测量方法，难以满足智慧城市建设的需求。而采用无人机倾斜摄影测量技术可为智慧城市建设提供一个真实、立体、可视化的空间模型，提升智慧城市建设质量和效果，值得大范围推广应用。

参考文献

[1] 范印，李梁，高磊，等.无人机倾斜摄影测量技术在智慧城市建设中的应用研究[J].无线互联科技，2021，18（13）：96-98.

[2] 刘志刚.无人机倾斜摄影测量在城市三维建模中的应用[J].地矿测绘，2021，4（2）：37-38.

[3] 赵培华.基于消费级单镜头无人机倾斜摄影三维建模精度对比研究[D].济南：山东建筑大学，2020.

[4] 韩宇.基于旋翼无人机倾斜摄影测量的城市三维实景建模研究[J].测绘与空间地理信息，2019，42（4）：175-178.

[5] 魏学文.无人机倾斜摄影测量技术在规划竣工测量中的应用[J].住宅与房地产，2020（5）：230.

[6] 李莲，郭忠磊，张琼.无人机倾斜摄影测量技术在城市基础测绘中的应用[J].测绘地理信息，2020，45（6）：72-74.

[7] 陆晓燕，李润生，华丰，等.利用无人机倾斜摄影技术识别城市违章建筑的研究[J].现代测绘，2020，43（5）：32-34.