四川交通职业技术学院信息工程系
摘要：本文阐述了基于无人机倾斜摄影的3D建模技术，及其常用的建模软件、建模难点和误差处理过程，论文结果利用该技术对一个待建设城镇的现存环境进行拍摄，最终以接近于真实情况的3D模型图给出了城镇建设后的基本效果。
关键词：无人机；倾斜摄影；3D建模
1.无人机倾斜摄影
1.1 无人机概述
无人机是利用无线电遥控设备和自备程序的控制装置来操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全间歇地操作。无人机的应用很广泛，在军事上无人机可用作侦察机和靶机；在民用物流、动植保、救灾救援、疫情监控、测绘、新闻报道、电力巡检等领域的需求 拓展了无人机本身的研发。与有人驾驶飞机相比，无人机往往更适合于那些成本低廉、环境恶劣、工作性质危险等任务。
1.3 无人机倾斜摄影
无人机倾斜摄影是在同一个飞行平台搭载多台传感器，从一个垂直，四个倾斜等五个角度同步曝光采集数据，获取更真实的地面信息，并采用后期处理软件构建实景三维模型，主要应用于城市建筑物和街景的三维构建。随着人们对三维模型分辨率、材质颜色、清晰度提出来的更高要求，这就促使飞行载具的飞行高度不断降低，在此期间催生出动力三角翼、多旋翼无人机等多种低空倾斜摄影数据采集设备和方案。
2.3D建模技术
2.1 3D建模概念
3D建模是基于PC系统的三维制作软件，通过虚拟三维空间来构建出具有三维数据的立体模型，使得建模结果近乎完美和真实，可以满足多行业需求。
2.2 3D建模常用软件对比
国际建模软件行业里常用的有Bently公司Smart3D，俄罗斯Agisoft公司PhotoScan，瑞士Pix4D公司Pix4D mapper，国内多以模型应用为主，其中香港公司Altizure的网站可以实现在线建模展示一体化。表1是这三种软件的对比结果，基于需要建模的城镇特点，本文选用Pix4D mapper这款软件进行建模。
需要注意的是：当采用数字测图方法时，在确保像片航向和旁向重叠度满足相片重叠处理要求的前提下，像片旋偏角可在上述各项规定中放宽2°执行。
（4）航线弯曲度不得大于3%。
（5）航高保持的误差范围。同一条航线上相邻像片的航高差不应大于20m；最大航高最小航高之差不应大于30m。航摄分区内实际航高与设计航高之差不应大于50m；当相对航高大于1000m时，其实际航高与设计航高之差不应大于设计航高的5%。
3.2 3D建模中的主要误差处理
利用Pix4D mapper软件将采集回来的图片导入到建模软件中，通过计算机图形计算，结合POS信息空三处理，生成点云，点云构成格网，格网结合采集回来的数据生成赋有纹理的三维模型。在3D建模过程中模型连接较差和加密点中误差的处理都是主要的问题，以下是常用的处理公式。
模型连接较差公式：
式中：——控制点中误差，单位为米（m）；——区域网间公共点中误差，单位为米（m）；a——多余控制点的不符值，单位为米（m）；d——相邻区域网间公共点的较差，单位为米（m）；n——评定精度的点数。
4.PIX4D的城镇建模
在实际飞行拍摄时，由于考虑到设备故障的问题，为了提高飞行的冗余性，也可以采用多个飞行器编队飞行，每个飞行器上携带单个或多个摄像传感器，由多个飞行器协同拍摄来完成一次拍摄任务，同样可以达到单个飞行器承载五个不同角度传感器的效果。也可以采用单个飞行器改变传感器安装角度进行多次飞行的方案来完成拍摄的任务。本文中采用单个飞行器装载五个不同角度图像传感器的方案，采集回来的数据如图1，2，然后利用PIX4D建模软件将原始拍摄图片导入坐标系，按照第三节中的像片和误差处理方法，经过分析可知像片重叠率在54%，最后根据建模过程得到3D模型图3。
图1 原始拍摄图1 图2 原始拍摄图2
图3 建模结果
5.结论
就目前情况来看，倾斜摄影三维建模工作所涉及的无人机、倾斜摄影系统、计算机集群、三维建模软件等，已可以满足批量化倾斜影像获取和三维建模处理工作的要求，基本具备了工程化和规模化的条件。随着无人机技术以及倾斜摄影技术的不断发展，云台的开发速度，倾斜摄影的数据处理能力，飞行技术难度等也将得到解决。
参考文献：
[1]《测绘标准汇编》摄影测量与遥感卷 2009.03
[2]百度文库《浅谈无人机倾斜摄影建模的原理和方法》2016.12.22
[3]《国家航摄计划与航摄设计2010~2020》
[4]《国家地理信息产业发展规划（2014~2020）》
项目支持：院级《高速公路机电系统集成》教学改革项目。
论文作者:任亚飞,王子腾
论文发表刊物:《防护工程》2018年第27期
论文发表时间:2018/12/17
标签：建模论文; 无人机论文; 误差论文; 模型论文; 像片论文; 飞行器论文; 软件论文; 《防护工程》2018年第27期论文;