李立贤
南宁市国土测绘地理信息中心 广西南宁 530021
摘要：传统的三维城市模型适合于普通精度的城市三维建模，但是不适合高精度、高仿真、大区域的建模。而无人机倾斜摄影测量技术随着建模范围的增大，快速的倾斜影像采集和自动化空三及建模使得其在建模的效率上具有强大的优势。基于此，本文阐述了无人机倾斜摄影测量技术及其主要特征，对无人机倾斜摄影在城市三维建模中的应用进行了简要分析。
关键词：无人机倾斜摄影；技术；特征；城市三维建模；应用；
无人机倾斜摄影在城市三维建模中的应用对城市规划、建设、管理和应急响应有着及其重要的作用，为了充分发挥其作用，以下就无人机倾斜摄影在城市三维建模中的应用进行了探讨分析。
一、无人机倾斜摄影测量技术及其主要特征
1、无人机倾斜摄影测量技术分析。第一、无人机技术。无人机是利用无线电遥控和自动程序控制的无人飞机或飞行器，包括固定翼、多旋翼、飞艇、直升机等多个机种。无人机具有机动、快速、经济的优势，其结构简单、机体重量轻、使用成本低、数字化和智能化程度高，应用范围和领域更为广阔，在快速获取国土资源、自然环境、应急救灾现势数据及测绘领域有着突出的效率和优势。第二、倾斜摄影测量技术。随着航空摄影技术的创新发展，无人机倾斜摄影测量技术扩大了遥感影像的应用范围，颠覆了传统航空摄影只从正摄角度采集影像的方式，运用多角度相机同步获取地面物体各个角度高分辨率的航摄影像。运用无人机倾斜摄影测量技术的三维模型真实地反映了符合人眼视觉的城市场景，结合GNSS技术，将三维城市纳入城市地理信息框架，展现出全面丰富的地理信息。
2、无人机倾斜摄影测量技术的特征。主要表现为：第一，能够真实反映周围物体的真实情况。与正射影像相比，倾斜摄影让人从多个角度去观察事物，能更加真实地反映出事物的实际情况，从而弥补正射影像的局限性；第二，无人机倾斜摄影测量技术能够实现单张摄影量测。通过无人机倾斜摄影测量技术和配套的软件，能够对摄影影像的高度、长度、面积、角度和坡度等进行量测；第三，可采集建筑物侧面信息。在三维数字城市应用中，利用倾斜摄影测量技术大规模成图的特点，从倾斜摄影批量提取相关纹理信息，降低了城市三维建模的成本。将无人机倾斜摄影测量技术应用在城市规划、城市管理、军事活动等领域，具有其他数据无法取代的价值。倾斜摄影测量能够让指挥者和决策者看到比正射影像更多的影像资料，比如倾斜影像测量能够看到房屋一些侧面的安全出口，倾斜影像任意两点之间都可以通过软件进行精确的计算，在城市反恐活动中，能够计算通视距离、制高点等。
二、无人机倾斜摄影在城市三维建模中的应用分析
1、IMAGIS城市三维建模过程分析。主要表现为：（1）提取数据。按照地图比例尺1：2000的比例，提取城市每一个景观地面的高程、高度、平面信息、底面边界特征等信息，然后筛选出其中有用的数据信息，并将这些采集到的信息进行保存，通过计算机系统将这些信息转化成为DXF文件。（2）建立景观模型。相关人员根据采集到的信息，按照城市的土建信息、城市规划图等进行匹配，将Map info等数据信息导入，并用tab形式将数据信息保存，然后用程序拓扑处理景观数据，将其中能够匹配的数据信息保存，最后用MIF格式保存下来，便于后期IMAGIS软件的分析和应用。之后再进行景观拉伸，这个过程需要有关人员将数据信息导入到IMAGIS软件中，然后在对这些景观进行拉伸，这样就可以提取景观高程、顶部数据信息，将顶部信息拉伸到地面的DEM中，建立一个底面不存在的半封闭式五面体。（3）建立地形模型。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆三维地形模型通过倾斜摄影测量获得了底面信息，而有关人员将底面信息与半封闭五面体叠加在一起就获得了一个地形模型。而在IMAGIS三维模型中，必须要匹配的影像资料作为底面纹理，并将其叠加映射DOM中。
2、采集纹理和粘贴纹理信息。主要体现在：（1）纹理采集方式。第一，现场摄影。在构建三维模型的过程中，其主要的信息就是地物，同时地物也是城市建筑、交通等重要信息。这些地物侧面纹理信息，通过数码相机在现场拍照获得，然后通过数字地形图或者城市规划设计图中获得平面坐标信息；此外，其还可以用专业的测量高度仪器获得。第二，航天航空遥感设备。地面纹理数据信息和地物高程信息可以通过航天航空摄影技术获得，比如无人机倾斜摄影测量技术。无人机倾斜摄影测量系统由飞行控制系统、传输系统、地面设备、地面监控系统等构成。在无人机拍摄之前，根据所测需要地物，设定无人机飞行的航线、航高，无人机按照规划的航线拍摄，然后将拍摄的数据信息进行整理，拍摄数据是否符合测量要求，如果不符合再次飞行测量。（2）粘贴纹理信息。三维数字模型建立以后，这些纹理信息并没有存在模型上，还无法真实地反映出城市三维特征，所以需要将纹理信息粘贴到建筑物的顶面或者墙壁。纹理信息要粘贴到三维模型的各个层面上，一些比较大的三维模型无法用一张照片覆盖，则需要照用分块摄影的方式处理，将其划分为多个照片，然后通过PS软件进行拼接、编辑。
三、无人机倾斜摄影在城市三维建模中应用的优势问题及其改进
无人机倾斜摄影测量技术利用航空影像快速数据获取方法，一次性处理多幅影像，建立区域初始实景三维模型，该技术能够节约大量人工建模时间成本，提高三维城市发展的效率。利用无人机倾斜摄影影像进行城市三维建模的优势问题及其改进具体体现在：（1）优势。城市三维建模中的无人机倾斜摄影测量技术应用有以下优势：第一、无人机机动性强、成本低，能够满足多种尺度的摄影测量数据采集；第二、能够快速处理大范围场景的倾斜影像，建立具有高精度的真三维模型；第三、高分辨率影像自动贴图，提高三维模型的工作效率；第四、可量测、可定位的三维模型，模型数据直接进行网络发布和共享应用。（2）问题。在实际的测量处理过程中，受无人机等设备、大气环境及软件算法影响，实际模型会有一定的畸变和错误，引起视觉误差和应用障碍。主要的模型畸变及原因有：第一、无人机姿态变化和颠簸影响影像重叠度、几何畸变等，造成模型凸包、破洞等；第二、大气环境噪声引起的模型飞面、凸包等；第三、不同时段光照引起的模型纹理不均匀、破洞等；第四、像主点落水而引起的水面缺失等；第五、影像分辨率不足或影像模糊而引起的地物模型边缘平滑等。（3）改进措施。由于无人机倾斜摄影测量技术的初始三维模型通常有若干种畸变类型，某些畸变是由工程实施过程中难以避免的客观原因造成的，这种情况下，初始测量的实景三维模型难以满足应用需求。通过分析三维城市模型建设现状和模型成果的缺陷，可知现状三维城市模型需要改进的方面有：第一、几何修复：对破洞进行修补，凸包抹平并还原，删除飞面等碎部；第二、细部整饰：重要地物和标志物的三维模型整饰或替换；第三纹理修补：替换和修补不均匀纹理、清晰度不够的纹理等。
结束语：
综上所述，无人机倾斜摄影测量技术是城市三维建模中的应用非常重要，但是受不可抗拒因素影响，使得无人机倾斜摄影测量技术在三维模型中应用有一定的限制，因此必须加强对无人机倾斜摄影在城市三维建模中的应用进行分析。
参考文献：
[1]赵林.基于无人机倾斜摄影技术的三维数字城市建模研究[J].山西建筑，2017（21）
[2]吴征宇等.基于无人机倾斜摄影的城市三维建模方法研究[J].科技资讯，2017（09）
[3]倪自强.无人机倾斜摄影测量在城市三维建模中的应用[J].智能建筑与智慧城市，2017（09）
论文作者:李立贤
论文发表刊物:《防护工程》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/11
标签：无人机论文; 测量论文; 模型论文; 建模论文; 城市论文; 信息论文; 纹理论文; 《防护工程》2018年第21期论文;