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摘要：伴随着“数字城市”建设的快速推进，作为地理信息框架的基础数据，城市三维模型越来越受到广泛重视。传统的三维建模方法虽然在模型精细度上能够得到很好的控制，但无法满足大范围快速构建城市三维模型的需求。经过多年的探索研究，摄影测量技术凭借其快速高效的数据获取能力，使大范围的城市三维建模成为可能。但是，由于航空摄影获取的是垂直影像，经常会有地物遮挡、拍摄死角等情况发生，这导致建筑物的侧面纹理信息获取不完整，从而影响三维模型的质量。在此基础上衍生了一种新方法，倾斜摄影测量技术，该技术基于搭载在同一飞行平台的多台相机，能够从多视角采集地物影像，同时影像被赋予精确地理信息，这为快速高效构建城市三维模型提供了一种新思路。本文以倾斜摄影测量技术为出发点，研究倾斜摄影测量构建城市实景三维模型的方法，并对其中涉及到的倾斜影像匹配、三维建模流程、模型修复等关键技术进行研究、分析、总结。
关键词：倾斜摄影测量；倾斜影像匹配；城市三维模型
引言
伴随着“数字城市”建设的快速推进，人们对于空间地理信息产品的需求逐步向多元化方向发展。二维数据由于在空间完整性表达上的局限性使其无法满足社会各部门的应用需求。三维数据以其更加形象、直观的空间表现形式得到了社会各行业的认可。城市三维模型作为三维空间数据生产的重要技术手段，越来越受到人们的重视[Iil。城市三维模型是城市各种复杂信息的空间载体，是数字城市建设中的基础数据，是实现数字城市的重要环节。城市三维模型基础数据的获取方式及建模方法直接决定着数字城市建设的进度，因而，研究如何快速、高效、真实的构建城市三维模型对于数字化城市实现具有十分重要的意义。
1倾斜摄影测量技术简介
倾斜摄影测量技术是一种新兴的摄影测量技术，作为传统摄影测量技术的一种新发展，它基于同一飞行平台上搭载的多台传感器，同时从垂直、侧向和前后等角度采集图像，能够比较完整的获取地面建筑物的侧面纹理信息[16]。结合现有的具备协同并行处理能力的倾斜影像数据处理软件，可快速实现大范围的城市三维建模，这很大程度上提高了三维模型的生产效率。倾斜摄影测量技术凭借其多视角、高真实性、全要素等优点，在应急救灾、国土监察、城市建设、税收评估、资源开发等领域得到了广泛应用。
2倾斜摄影测量数据处理流程及关键技术
2.1影像预处理
影像预处理包括畸变校正、匀光匀色处理。受相机系统的安装误差和镜头畸变的影响，拍摄出的影像会存在像主点偏移以及影像边缘发生畸变的情况，因此在航飞前需要在地面检校场对相机开展检校工作，解算出相机的内方位元素和畸变参数，然后利用解算得到的检校参数结合相应软件完成影像的畸变处理。在倾斜影像获取过程中，由于受光照条件、CCD特性、光学透镜成像不均匀的影响，影像之间会存在颜色、对比度、明暗等方面的差异，这样会对后期影像特征点提取和影像拼接效果造成影响。为了对后续数据处理提供精度保证，数据处理前需要对影像进行匀光匀色处理。
2.2高精度DSM自动提取
在经过多视影像密集匹配后，可以得到精度及分辨率较高的数字表面模型，数字表面模型能真实反映地面物体起伏状况，是构成空间基础框架数据的重要内容，多视影像经过联合区域网平差后，可自动解算出每张影像精确的外方位元素，在此基础上选择合适的多视影像匹配单元进行逐像素的密集匹配，获取成像区域地物的超高密度点云，然后经过点云构网即可完成高精度高分辨率的DSM自动提取。
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2.3城市三维建模
利用多视影像密集匹配获取的超高密度点云，同样可以构建不同层次细节度下的三维TIN模型。根据地物的复杂程度可以自动调节三角网的网格密度，对于地面相对平坦的区域，可对其三角网进行优化，以降低数据的冗余度。三角网创建完成后即形成了城市三维模型的三维TIN模型矢量结构[（}il0在建立的城市三维TIN模型矢量结构基础上，基于倾斜影像对城市建筑物白模进行自动纹理映射。由于倾斜摄影是多角度摄影，获取的影像具有数量多、重叠度高的特点，同一地物会在多张影像上重复出现，而且每张影像中所包含的纹理信息又不尽相同，因此选择一张最佳纹理影像显得尤为重要。在影像数据源中选择最适合纹理时，通过设置一定筛选条件的方法对影像进行选择，这样在三维TIN模型中每个三角面都会唯一对应一张目标影像，然后计算出每个三角形面与影像对应区域之间的几何关系，找到每个三角面对应的实际纹理区域，实现纹理影像与三维TIN模型的配准。最后进行纹理映射，将对应纹理贴至建筑物模型表面完成城市三维建模。
3倾斜摄影测量技术的应用
3.1城市规划监察
对于现代城市来说，其建筑物对象是高度密集的，这为城市规划建设带来了不小的挑战。倾斜摄影测量利用大数据处理技术能够快速实现城市三维模型的构建，在规划应用中，可直接在生成的三维场景中添加规划建筑物、植被等设计数据，以此来模拟规划后的效果。将多套设计方案在模型上进行浏览、对比，有助于领导对规划方案的决策。在规划监察管理中，通过在三维平台上进行规划线叠加分析，可快速发现项目是否违章建设，这样就大大提高了规划监察的工作效率。
3.2城市精细化管理
在现在的城市管理中，大多是在三维模型上进行距离、高度、面积的量测，而城市精细化管理需要精细到每一层楼房及房间，传统的三维建模虽然能够实现，但大多需要对每栋楼房单独建模，这使得无论在人工还是效率上花费的代价是巨大的。倾斜模型加载在GIS平台上，结合分层分户图可对每一层楼房甚至房间进行管理，与此同时还可进行查询及统计分析，关联上人口户籍数据库后，可真正实现城市的精细管理。
3.3智慧旅游行业
长久以来对于自然景物的三维建模一直是个技术瓶颈，利用人工建模很难还原各种自然景物，且模型的时效性和复杂度也很难实现。而倾斜摄影获得的影像层次分明、细节丰富，可以很好地对自然风景进行实景还原，具有立体逼真的效果。这样对风景名胜区、古建筑遗产的宣传起到一定的推动作用，吸引游客前来观看，大大促进智慧旅游行业的发展。
3.4应急灾害救援
灾害具有随机性和不可预知性，为了在灾害发生的第一时间迅速有序的做出应急响应，首先需要对灾害发生位置的地形地貌有一个全面的了解，常规的正射影像制图只能获取地表物体的单一视角影像和平面几何信息，其存在先天性的不足。而基于倾斜影像构建的灾区实景三维模型能够很好的反应灾区真实的状况，通过不同视角切换可实现对灾区的多角度观测，这给决策人员提供了比较全面的灾情信息，在了解灾害实情的前提下可制定相应的救援方案，为救援提供了极大便利。
结语
城市三维模型是城市空间数据框架的重要内容，三维模型基础数据的获取方式及建模方法直接决定着数字城市建设的进度，倾斜摄影测量作为一种新兴的测量手段，凭借其多角度、大范围、高精度等优势成为构建城市三维模型的首选技术。本文以倾斜摄影测量技术为出发点，围绕倾斜摄影测量构建城市实景三维模型中的几个关键技术进行研究。本文主要研究内容及研究成果如下：全面总结了倾斜摄影测量技术原理、影像特点、系统组成、数据后处理软件及主要应用，在此基础上对倾斜摄影测量构建城市实景三维模型的数据处理流程及其中涉及的关键技术进行了分析。
参考文献：
[1]姚国标.倾斜影像匹配关键算法及应用研究闭.测绘学报，2015，44（3）：354-354.
[2]赵深深.多视角倾斜影像DSM自动提取的关键技术研究〔D].解放军信息工程大学，2015.
论文作者:王颖1,刘琼2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第7期
论文发表时间:2018/6/19
标签：影像论文; 模型论文; 城市论文; 测量论文; 建模论文; 纹理论文; 技术论文; 《基层建设》2018年第7期论文;