探析無人機(jī)傾斜攝影測量在城市三維建模中的應(yīng)用

摘要：有關(guān)學(xué)者提出使用無人機(jī)搭載照相機(jī)，使用遙控飛行器對實(shí)地進(jìn)行不同角度的影像高效迅速地?cái)?shù)據(jù)采集，進(jìn)行三維模型的建立，真實(shí)地反映地面的客觀情況。傾斜攝影技術(shù)所建立的三維模型可真實(shí)反映地物的外觀、坐標(biāo)、高程等信息；借助無人機(jī)，可迅速采集影像數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全自動化三維建模。研究使用無人機(jī)對三維模型建模及其建模質(zhì)量效果在如今數(shù)字城市與智慧城市應(yīng)用以及三維測繪領(lǐng)域中有著重要意義。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；傾斜攝影測量；城市三維建模；應(yīng)用

1傾斜攝影測量特點(diǎn)

第一，能夠真實(shí)反映周圍物體的真實(shí)情況。與正射影像相比，傾斜攝影讓人從多個角度去觀察事物，能夠更加真實(shí)地反映出事物的實(shí)際情況，從而彌補(bǔ)了正射影像的局限性。第二，傾斜攝影測量技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)單張攝影量測。通過傾斜攝影測量技術(shù)和配套的軟件，能夠?qū)z影影像的高度、面積、長度、角度和坡度等進(jìn)行量測。第三，可以采集建筑物側(cè)面信息。在三維數(shù)字城市應(yīng)用中，利用傾斜攝影技術(shù)大規(guī)模成圖的特點(diǎn)，從傾斜攝影批量提取相關(guān)紋理信息，降低了城市三維建模的成本。將傾斜攝影測量技術(shù)應(yīng)用在城市規(guī)劃、城市管理、軍事活動等領(lǐng)域，具有其他數(shù)據(jù)無法取代的價值。傾斜攝影測量能夠讓指揮者和決策者看到比正射影像更多的影像資料，例如，傾斜影像測量能夠看到房屋一些側(cè)面的安全出口，傾斜影像任意兩點(diǎn)之間都可以通過軟件進(jìn)行精確的計(jì)算，在城市反恐活動中，能夠計(jì)算通視距離、制高點(diǎn)等，另外，在解救人質(zhì)等緊急行動中，也能更好地輔助決策。

2無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)

2.1多視影像聯(lián)合平差

無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)應(yīng)用過程中使用了新的多視影像聯(lián)合平差技術(shù)，可以有效解決傳統(tǒng)的測量系統(tǒng)在數(shù)據(jù)處理方面的不靈敏等問題，以合理方式處理影像之間的遮擋關(guān)系，及時確定合理的連接點(diǎn)和連接線等，提高了成像結(jié)果的準(zhǔn)確度。

2.2多視影像密集匹配

無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在應(yīng)用過程中使用了多式影像密集匹配技術(shù)，該類技術(shù)可以有效提高攝影測量的分辨率，其覆蓋的面積范圍也明顯增大。在利用該技術(shù)開展匹配的過程中，可以及時對各類多余的信息進(jìn)行研究，通過明確坐標(biāo)點(diǎn)的位置，可以獲取地面物體的準(zhǔn)確三維信息。通過多元影像密集匹配技術(shù)，可以利用建筑物的側(cè)面等來提取各類信息，建筑物的邊緣信息和文理信息等也可以被充分利用起來，繼而形成相對完善的二維數(shù)據(jù)，通過該技術(shù)將其轉(zhuǎn)變?yōu)槿S數(shù)據(jù)，建筑物的高度和輪廓信息等可以及時提取出來。

2.3模型生成和影像糾正

在多視影像技術(shù)的幫助下，可以及時將地面建筑物的各類數(shù)據(jù)掃描表達(dá)出來，繼而形成相對較為全面的數(shù)字表面模型。但是在實(shí)際測量建設(shè)工作開展過程中，受到角度和尺度的差異，很可能出現(xiàn)建筑物遮擋以及陰影等現(xiàn)象。為了降低概率因素對數(shù)字表面模型造成的影響，應(yīng)當(dāng)及時利用影像外的方位元素來開展匹配設(shè)計(jì)工作，結(jié)合當(dāng)前比較相對的算法等開展各項(xiàng)計(jì)算，提高計(jì)算效率的同時合理確定建筑物的高度等相關(guān)數(shù)據(jù)，保障三維建模工作的精確性。在獲得了高密度的數(shù)據(jù)之后，應(yīng)當(dāng)及時進(jìn)行濾波處理等工作，將不同的匹配單元融合起來，形成整體統(tǒng)一的數(shù)據(jù)。在利用多式影像技術(shù)開展各項(xiàng)工作的過程中，應(yīng)當(dāng)及時對屋頂重建等幾何信息進(jìn)行提取，結(jié)合其他相關(guān)技術(shù)來開展信息優(yōu)化等工作，制定合理的全局優(yōu)化措施，合理開展均光處理，保證各項(xiàng)工作的有效性。

3無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)應(yīng)用

3.1為智慧型城市建設(shè)打基礎(chǔ)

智慧型城市建設(shè)是新時期國家提出的新的城市建設(shè)要求，但是，智慧型城市建設(shè)對三維建模技術(shù)等要求相對較高，因而其建設(shè)速度相對較慢，在引入了無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)之后，可以實(shí)時開展城市三維建模工作，快速提取城市中的各類信息，繼而形成精確合理的城市三維模型影像，為后續(xù)各項(xiàng)工作合理開展提供必要的數(shù)據(jù)。同時，利用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)還可以完成定時定向搜索等目標(biāo)，滿足智慧型城市的定向建設(shè)等要求，一定程度上加快了智慧型城市建設(shè)的速度。

3.2三維建模

三維建模是傾斜攝影測量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，建模的質(zhì)量直接影響后期的應(yīng)用效果。例如，通過無人機(jī)傾斜攝影測量后，獲取了某市測繪區(qū)域的原始影像數(shù)據(jù)資料。在拍攝過程中，受到光線、拍攝角度的影響，原始影像資料在飽和度、亮度和色相方面存在一定的差異，所以要對其進(jìn)行統(tǒng)一處理。通過校驗(yàn)場對POS系統(tǒng)進(jìn)行校驗(yàn)，然后對POS數(shù)據(jù)解算，利用POS數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、地面控制點(diǎn)數(shù)據(jù)得到每一張航片的精確方位元素。通過垂直影像、傾斜影像數(shù)據(jù)、三角測量技術(shù)，以及影像密集匹配技術(shù)，得到基于真實(shí)影像高密度點(diǎn)云的實(shí)景數(shù)字表面模型數(shù)據(jù)。然后，將統(tǒng)一化處理的影像數(shù)據(jù)資料以像素級別的分辨率紋理映射到實(shí)景數(shù)字模型的表面，生成一個初級全要素的城市三維模型圖。在這個環(huán)節(jié)，需要借助一些三維建模軟件，常見的有3Dmax、AE、Smart3DCapture等軟件。最后通過一些輔助手段對三維模型圖進(jìn)行修改、補(bǔ)漏和細(xì)化處理，從而得到一個比較全面、精細(xì)的城市三維模型。該市智慧城市測量中使用了Smart3DCapture三維建模軟件，Smart3DCapture是目前最先進(jìn)的全自動三維建模軟件，它通過簡單的照片就可以生成高分辨率的真實(shí)三維模型，整個過程不需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)，生成速度非常快，一般需要幾十分鐘或者幾個小時就可以完成數(shù)據(jù)處理，建立簡單、全自動、真實(shí)的實(shí)景真三維模型，而且這種軟件的兼容性非常好，可以輸出不同格式。該市的智慧城市測量中無人機(jī)使用了一個垂直鏡頭和兩個傾斜鏡頭，設(shè)計(jì)了14條航線，獲得了30000km2內(nèi)的高分辨率的地物影像資料，共有數(shù)據(jù)資料7G。通過Smart3DCapture軟件的強(qiáng)度計(jì)算能力，結(jié)合GIS技術(shù)、三維仿真技術(shù)和可視化技術(shù)，可以得到一個逼真、實(shí)景的三維模型。

4結(jié)語

總之，無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)憑借其高性價比和精準(zhǔn)測量度等優(yōu)點(diǎn)，在新時期社會發(fā)展過程中得到了極為廣泛的應(yīng)用，其發(fā)展速度也逐漸加快。有關(guān)人員必須加強(qiáng)對該技術(shù)的重視，積極將該技術(shù)推廣到其他領(lǐng)域中，以創(chuàng)造更為先進(jìn)有效的測量技術(shù)。

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（作者單位：河北省地礦局第八地質(zhì)大隊(duì)）

作者簡介：王冰（1986.8—），男，河北秦皇島人，黑龍江工程學(xué)院本科畢業(yè)，單位： 河北省地礦局第八地質(zhì)大隊(duì)，測繪工程師，研究方向：航測。