淺談無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在三維建模中的應(yīng)用

魏鑫 徐金娟

摘?要：隨著智慧城市建設(shè)的開展，對城市建筑區(qū)和周邊地區(qū)精細(xì)三維模型數(shù)據(jù)的需求不斷增加，無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)使得快速獲取高分辨率航空影像、高效建立精細(xì)地表三維模型成為可能。本文通過展示無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)討論無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在城市三維建模領(lǐng)域中的應(yīng)用，探討在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：傾斜攝影技術(shù);三維建模;應(yīng)用

傳統(tǒng)方法生產(chǎn)城市三維模型存在周期長、精細(xì)程度差、模型類型單一、真實(shí)感較差、成本費(fèi)用高昂等問題，限制了三維信息在行政管理和行政服務(wù)中的應(yīng)用，傾斜攝影技術(shù)是近年來在國內(nèi)外發(fā)展起來的三維模型獲取的新技術(shù)，具有工期短、成本低和效率高等優(yōu)勢，為城市三維模型的快速獲取提供了新的選擇。

1.無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)概述

1.1 無人機(jī)平臺

無人機(jī)是無人駕駛航空飛行器的一種，按照飛行方式劃分，目前無人機(jī)平臺主要包括固定翼無人機(jī)、多旋翼無人機(jī)、復(fù)合固定翼無人機(jī)、撲翼無人機(jī)、無人直升機(jī)和飛艇等。無人機(jī)平臺可攜帶任務(wù)載荷，已成為地形測繪、資料調(diào)查、規(guī)劃設(shè)計、環(huán)境監(jiān)測、智慧城市等領(lǐng)域的一個重要支撐。

1.2 傾斜攝影測量技術(shù)

傾斜攝影技術(shù)近幾年在測繪領(lǐng)域迅速發(fā)展，成為獲取地表信息的主要技術(shù)手段之一。它從根本上推翻了傳統(tǒng)的正面攝影在垂直角度上拍攝的局限性，通過無人機(jī)平臺，以特定的傾斜角度和方向?qū)Φ孛孢M(jìn)行攝影，獲取建筑側(cè)面影像信息，利用計算機(jī)視覺技術(shù)將二維圖像快速準(zhǔn)確匹配為三維環(huán)境信息，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)景三維建模技術(shù)。

1.3 無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)的優(yōu)勢

（1）有效降低城市三維建模成本。傾斜攝影技術(shù)可獲取建筑物側(cè)面紋理信息，相對于普通的無人機(jī)相機(jī)數(shù)據(jù)的采集，有效降低城市三維建模成本。

（2）生產(chǎn)效率高。利用無人機(jī)平臺的機(jī)動性高、快速、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢，不管是用于生產(chǎn)實(shí)景三維模型還是大比例尺測圖，生產(chǎn)效率高于傳統(tǒng)作業(yè)模式的數(shù)倍。

（3）相對于正射影像，傾斜攝影反應(yīng)三維地理信息，能夠從多角度觀察地物，真實(shí)表達(dá)地物的實(shí)際情況，彌補(bǔ)了正射影像應(yīng)用的不足。

（4）可量測性。利用配套的三維建模軟件，基于計算機(jī)視覺技術(shù)生成不同各類型的成果，包括高度、長度、面積、角度、坡度、體積、等的量測，拓寬傾斜攝影技術(shù)在行業(yè)中的應(yīng)用。

（5）數(shù)據(jù)量小，易于網(wǎng)絡(luò)發(fā)布。相較于三維GIS技術(shù)應(yīng)用龐大的三維數(shù)據(jù)，應(yīng)用傾斜攝影技術(shù)獲取的影像的數(shù)據(jù)量要小得多，其影像的數(shù)據(jù)格式可采用成熟的技術(shù)快速進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，實(shí)現(xiàn)共享應(yīng)用。

2.無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)進(jìn)行三維建模的關(guān)鍵因素

2.1無人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)組成

無人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)主要由無人機(jī)平臺、飛行控制系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈路等構(gòu)成。飛行控制系統(tǒng)能夠按照規(guī)劃的航線進(jìn)行飛行，當(dāng)無人機(jī)在空中正常飛行或受到干擾的情況下能夠保持無人機(jī)姿態(tài)和航線的穩(wěn)定，按照地面控制系統(tǒng)的無線傳輸指令，完成導(dǎo)航計算、遙測數(shù)據(jù)傳送、任務(wù)控制與管理等。傾斜攝影系統(tǒng)主要運(yùn)用多相機(jī)一次獲得多角度影像數(shù)據(jù)，包括垂直影像和傾斜影像。傾斜角一般在35°----45°，使得單一飛行的影像覆蓋寬度就可以達(dá)到下視相機(jī)的3--5倍。

2.2無人機(jī)傾斜攝影測量的主要技術(shù)選擇

無人機(jī)傾斜攝影測量作業(yè)前，根據(jù)任務(wù)要求選擇合適的飛行平臺、傾斜攝影系統(tǒng)，按照要求進(jìn)行測區(qū)范圍劃定，制定高效、經(jīng)濟(jì)、質(zhì)量高的飛行航線和飛行方法，選擇合適的實(shí)景三維建模軟件，生成高精度、高分辨率、高質(zhì)量的三維數(shù)字成果。

無人機(jī)平臺的選擇重點(diǎn)無人機(jī)類型、考慮載荷、續(xù)航能力、自重、抗風(fēng)能力、便攜性要求、飛行速度等方面，根據(jù)項(xiàng)目要求，選擇合理、低成本、機(jī)動性強(qiáng)、效率高的飛行平臺。

傾斜攝影的主要用途是為了建立精細(xì)的三維地表模型，而采用傾斜攝影三維建模軟件自動建立精細(xì)三維地表模型的效果主要取決于兩個因素：一是傾斜影像的地面分辨率和影像質(zhì)量，二是傾斜影像對建模區(qū)域的覆蓋率。

2.3三維建模軟件

三維建模是傾斜攝影測量的重中之中，模型的質(zhì)量、造型等將會直接影像后期對它的使用結(jié)果。目前，常用的三維建模軟件主要有ContextCapture、PhotoMesh、PhotoScan、Virtuoso3D等。三維建模流程包括原始影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入、影像特征提取和匹配、光束法區(qū)域網(wǎng)平差、多視角影像密集匹配、密集點(diǎn)云生成、三角網(wǎng)模型構(gòu)建與優(yōu)化、自動紋理映射等步驟。

3.無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)的在三維建模中的應(yīng)用前景

近幾年，隨著無人機(jī)技術(shù)與計算機(jī)視覺技術(shù)的日新月異，傾斜攝影測量技術(shù)得到迅猛發(fā)展，在獲取建筑物、樹木、山地等地物和地貌的紋理細(xì)節(jié)方面得到了很大提高，高冗余度的影像重疊，為高精度的影像匹配提供了有利條件，實(shí)現(xiàn)了基于人工智能的三維實(shí)景重建，無人機(jī)傾斜攝影測量目前已經(jīng)成為低空攝影測量的重要手段，應(yīng)用在測繪、旅游、規(guī)劃、應(yīng)急、電力、環(huán)境保護(hù)、國情調(diào)查等領(lǐng)域。隨著近幾年GIS技術(shù)的高速發(fā)展，智慧城市正趨向智能化、三維化發(fā)展，地理信息數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)從二維到三維的轉(zhuǎn)變，為國土資源利用、城市規(guī)劃建設(shè)、房屋調(diào)查管理等提供高精度、高分辨率等地理信息源數(shù)據(jù)。傾斜攝影測量技術(shù)改變傳統(tǒng)的作業(yè)方式，大幅提高數(shù)據(jù)獲取的作業(yè)效率，使得出現(xiàn)大量的更好、更豐富、更精確的城市三維模型產(chǎn)品和服務(wù)，為我國土地資源、優(yōu)化國土空間等起到具體作用。

4.結(jié)束語

本文主要介紹了無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)的大致情況，以及它在三維建模中的突出應(yīng)用，隨著地理信息技術(shù)的發(fā)展，城市模式不斷以三維立體作為主要表現(xiàn)形式，無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)減少了在人力、物力的投入，并且提高了實(shí)景三維建模的工作效率，為我國土地資源利用、國土空間優(yōu)化、城市規(guī)劃建設(shè)提供了更精確的城市三維模型產(chǎn)品，推動了地理信息的發(fā)展，更好的服務(wù)于國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)。

參考文獻(xiàn)

[1]萬叢叢.無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在三維城市建模中的應(yīng)用[J].地質(zhì)·勘察·測繪.2019（08）：227-228.

[2]高鐵.基于傾斜攝影的城市三維快速建模技術(shù)的應(yīng)用研究[J].測繪技術(shù)裝備.2017（03）：23-27.

[3]楊焱山.無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)應(yīng)用及精度分析[J].2019（14）：269-270.