Abstract: with the continuous development of modern science and technology, the degree of city information is getting higher and higher, digital three-dimensional city has become an important means of urban management. Traditional three-dimensional modeling method by using the method of field personnel manual pictures, access to the structure and texture of buildings, in aviation are orthographic, plane vector drawing, building at the top of the vector map data, such as establishing the die.it, through the detail structure of photo texture analysis model, the final texture information assigned to the corresponding die.it after processing. The birth of uav tilt photography technology overturns the traditional surveying and mapping operation mode. By using uav low-altitude multi-lens photography to obtain high-resolution omni-directional image data, 3d geographic information model is automatically generated to quickly achieve information and data acquisition.
关键词：无人机倾斜摄影技术；城市；三维建模；应用
Keywords: uav tilt photography technology; City; 3d modeling; application
当前状况下，我国经济发展迅速，科学技术水平不断提高，城市化进程不断加快，各种新科学、新技术运用到城市发展的设计与规划中，无人机倾斜摄影技术便是一种典型的新兴测量技术，在城市测量与设计中有着越来越广泛的应用。将无人机倾斜摄影技术应用到城市三维建模中，能够有效提升三维建模的效率与精确度，具有重要的发展意义。文章就针对无人机倾斜摄影技术在三维城市建模中的应用进行研究与分析。
1无人机倾斜摄影测量技术
无人机倾斜摄影测量技术，是通过在无人机底部安装不同角度的高分辨率摄像头，在同一地点对同一地物进行多角度拍摄，采集大量的地物纹理及其位置信息，然后对每个地物点进行立体成像，最终形成三维立体图，同时获取DEM数据。与传统的摄影测量技术相比，无人机倾斜摄影测量技术可以获取目标点5个方向（垂直、左视、右视、前视、后视）的影像，并可生成三维实景模型。
2无人机倾斜摄影测量技术的特点
就无人机倾斜摄影测量技术而言，其不仅可以获取目标点的三维坐标和影像信息，而且可以生成三维实景模型，真实地展现目标点周围环境。同时，该技术还具有突出的优势，主要表现在以下几个方面：①获取的影像具有高精度、高分辨率，能够快速搭建研究地区的二维和三维地理信息；②生成的三维模型具有可量测性，使得摄影测量的应用范围扩大；③可采集地物侧面的纹理，在一定程度上降低了三维建模的成本；④与正射影像三维GIS相比，无人机摄影倾斜技术生成的模型数据量较小，为其共享和发布提供了便利。
3无人机倾斜摄影测量总体流程
3.1无人机选择
在进行倾斜摄影前，需要选择符合摄影要求的无人机。照片的数量和影像的质量是决定倾斜摄影三维模型的2个因素，其中，照片的数量体现了对同一区域的覆盖度；影像的质量主要指目标物影像的分辨率和清晰度。为了获得高质量的建模效果，倾斜摄影的分辨率需要达到一定数值，一般地区摄影影像是选择5～6cm的像素分辨率，建筑区的则需要达到2～3cm的像素分辨率，同时，照片的平均覆盖度要达到重叠30°以上。
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3.2倾斜摄影相机
固定式五镜头相机是市场上比较常见的倾斜摄影相机，是无人机倾斜摄影中不可缺少的仪器。在多次实际应用中发现，照片数量和相邻航线飞行的间隔时间对建模效果存在一定的影响，为了获得更理想的建模效果，可采用双镜头摆动式倾斜摄影系统，同时该系统还具有成本低、质量轻、操作简便等优点，因此，双相机、三相位摆动结构的倾斜摄影系统具有较高的性价比，适用于多旋翼无人机倾斜摄影。
3.3航线设计
航线设计会直接影响无人机的飞行质量和倾斜摄影的质量，进而影响三维模型的质量，因此，需要对无人机的航线进行科学合理的设计。如使用双相机和固定翼无人机在5cm分辨率的地区进行倾斜摄影，航线设计需要满足以下几个要求：（1）航摄分区几何形状尽量设计为矩形航摄分区，航线敷设应沿着矩形区域的长边和短边方向分别进行，并且要求实际飞行范围比任务范围大，分区内地形高差要小于航高的1/2；（2）航线数量，该数量要求为双数且要多于6条；（3）重叠度，其中航向重叠度要高于于75%，旁向重叠度不低于40%。如果是多旋翼无人机和双镜头摆动式倾斜摄影系统在2cm分辨率的建筑区进行倾斜摄影，航线设计需要满足以下几个要求：（1）航摄分区几何形状，尽量设计为矩形的航摄分区，在敷设航线时应沿着矩形区域的长边方向进行，并且要求实际的飞行范围要比任务范围大，分区内地形高差要小于航高的1/2；（2）航线数量，该数量要求为双数且要多于6条；（3）要求相对平均航高为100m，最小相对航高应高于摄区内容其他构筑物100m以上；（4）重叠度，其中航向重叠度要不低于75%，旁向重叠度不低于40%。
3.4飞行作业
完成航线设计及其他准备工作后，要进行飞行作业。为了保障飞行作业的有效性和可靠性，要求每个航摄分区的航摄设计统一。另外，在实际航测过程中，要配置便携式发电机现场充电或配备足够的电池，为飞行作业顺利完成提供保障；无人机的起降场所尽量靠近摄区，以在一定程度上减少飞行距离；同时要做好作业小组人员数量的安排工作。
3.5成果精度分析
就成果精度而言，相对航高对模型的精度影响较大，呈现的规律为：相对航高越大，影像分辨率越低，模型精度也越低。例如，5cm分辨率的影像，一般三维模型的建模精度为15～20cm；2cm分辨率的影像，一般三维模型建模的精度在5～10cm。同时重叠率对精度也有一定的影响，航向重叠率越小，影像拍摄间距越大，重叠率降低，采集的影像越稀疏，模型精度越差，因此，要选择则合适的航拍重叠率，以保障模型的精度。
3无人机倾斜摄影技术在三维城市建模中的应用
3.1虚拟现实漫游
将无人机倾斜摄影技术运用于城市三维建模，三维模型更加形象、具体且逼真。通过建立好的三维模型，不仅可以对城市中建筑与景观的外观进行有效观察，同时，在三维模型系统之下，还能够实现城市虚拟漫游。如果将三维模型向互联网用户开放，全国的互联网用户均可以通过此三维模型以及网络虚拟技术对该城市进行一定程度的虚拟浏览，这种虚拟浏览与观看平面地图有着本质的区别，更贴近城市的真实面貌，用户可以获得十分真切的感受，方便不熟悉的人对城市进行了解。
3.2电力线路的三维建模
城市电力线路走廊的建设在城市电力发展中有着十分重要的作用与意义，但在实际情况中，往往会出现因地形与设计不符而造成的一系列问题，对工程的进展与城市的电力发展造成一定程度的不良影响。究其原因，技术落后是重要因素之一，如果在对电力建设的规划设计中，具备成熟的三维立体模型进行参考，这种情况发生的概率将会大大降低。将无人机倾斜摄影技术应用到城市电力线路的三维建模中去，不仅可以高效且精准的完成城市地形测绘工作，同时在此基础之上进行三维模型的精准建模。在进行电力建设的过程中，通过三维模型进行科学合理的线路铺设与规划，推动城市电力建设的发展，具有十分重要的作用与意义。
3.3智慧型城市建立
随着经济的迅速发展以及科学技术水平的不断提高，我国的城市化进程逐渐加快，在这一背景之下，智慧型城市的建设成为城市建设发展方向。而在之前，由于受到传统建模技术的影响，智慧型城市的建立存在着一定程度的阻碍。随着无人机倾斜摄影技术的应用，城市三维模型的建立具有更高的精准度与系统性，有效地适应了城市建立智慧型城市的需求，并为其提供科学有效的技术渠道，促进了城市的可持续发展。
4结语
总而言之，无人机倾斜摄影技术是时代与科技发展的产物，在城市测绘工作中发挥了十分重要的作用，有效地促进了城市的现代化与可持续性发展，具有重要的社会意义与现实意义。
参考文献
[1]王永兴，刘明岐.无人机倾斜摄影测量在三维建模中的应用研究[J].世界有色金属，2018（9）：30-31.
[2]曹明兰，桂维振，周浩恩.基于无人机的影像数据采集与三维建模[J].北京工业职业技术学院学报，2018（2）.
论文作者:田三艳
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年13期
论文发表时间:2019/12/9
标签：无人机论文; 建模论文; 城市论文; 模型论文; 航线论文; 影像论文; 测量论文; 《工程管理前沿》2019年13期论文;