摘要：倾斜摄影是近年来在遥感领域发展起来的一项新技术。它不仅可以反映地理信息，而且可以通过定位技术、地理信息和影响心理提高航拍图像的处理速度，并建立三维模型。智能城市的建设需要三维模型的支持。因此，将倾斜摄影测量应用于智能城市中具有十分重要的意义。
关键词：倾斜摄影；无人机；三维城市建模
目前，传统的大规模三维城市数字建模方法主要是测量建模方法。建筑物的结构和纹理是由外部工作者手动拍摄的，然后通过内部人员的处理建立白模，结合正射影像、测量区域的平面矢量图、屋顶矢量图等，纹理分析模型的详细结构被捕获，然后将处理后的纹理粘贴到白模上。虽然传统的建模方法在模型精度上得到了很好的控制，但存在着生产过程复杂、生产成本高、工作强度高、模型生产效果不确定等诸多不利因素，不能满足快速城市建模的需要。
1 倾斜摄影技术概况
倾斜摄影是近年来国际测绘领域发展起来的一项新技术，它颠覆了以前的正射影像只能从垂直角度拍摄的局限性，能通过在同一飞行平台上携带多个传感器，并从垂直、四个倾斜等五个不同角度收集图像，将用户引入真实的、符合人眼的视觉世界。在国外，倾斜摄影已经走过了十多年的发展历程，如摄影测量公司的倾斜摄影测量系统、天宝公司的AOS系统等。2010年4月，北京世界地图数据技术有限公司首次推出倾斜摄影技术，开创了中国空中倾斜摄影的时代。2010年10月，刘贤林院士团队率先研制出国产第一台倾斜相机SWDC-5，并成功完成了平顶山测试，这是国内倾斜相机的重大突破。
目前，三维建模主要是通过StreetFactory或ActuTe3D的Stask3DSPACK软件实现全自动正摄影图像和倾斜图像的联合空中三角测量。3D模型是完全自动化的，最终3D真实场景是完全自动化的。上述建模方法在效率和宏观优势上有着明显的优势，但还存在以下问题和不足:倾斜摄影在数据获取方面会存在一定死角或数据关联点不足的问题，造成在模型匹配时存在模型扭曲变形，主要是建筑物或地物的底角部位;模型是以超高密度点云生成的DSM，不同于人工建模可以控制模型的表面数量，通过计算机自动处理会生成数量惊人的三角面，这对于编辑或是后续的数据管理及展现都提出了很高要求。
2倾斜摄影测量
2.1 倾斜摄影测量概念
倾斜摄影测量是近年来国际测绘领域发展起来的一项新技术。它颠覆了摄影从垂直角度到过去摄影的局限性。相反，它在同一架飞机上携带多个传感器，并从5个或更多角度收集地面信息图像，为用户创造真实的视觉。
2.2 倾斜摄影测量特点
倾斜摄影测量具有以下特点：第一，倾斜摄影测量可以实现单镜头测量。摄影测量的高度、长度、面积、角度和斜率可以通过倾斜摄影测量技术和支持软件来测量；第二，它能真实地反映周围物体的真实情况。与正射影像相比，倾斜摄影使人们可以从多个角度观察事物，更真实地反映事物的实际情况，从而弥补了正射影像的局限性；第三，可以收集建筑物侧面的信息。在三维数字城市的应用中，利用倾斜摄影技术的大规模测绘的特点，从倾斜摄影中提取相关纹理信息，以降低城市三维建模的成本。倾斜摄影测量应用于城市规划、城市管理、军事活动等领域，具有其他数据无法替代的价值。倾斜摄影测量可以允许指决策者看到更多的图像数据比正射影像。例如，倾斜的图像测量可以看到房子某些侧面的安全出口。倾斜图像可以通过任意两点之间的软件精确计算。在城市反恐活动中，可以计算出能见度的距离，并计算出系统的可见度。在人质抢险等紧急行动中，可以更好地辅助决策。
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3 倾斜摄影测量技术在三维数字模型建模中的应用
3.1 IMAGIS城市三维建模过程
3.1.1提取数据
根据地图比例尺1:2000的比例尺，提取城市各景观的高程、高度、平面信息和底边界特征信息，筛选出有用的数据，保存所收集的信息，并将信息转换为通过计算机系统实现DXF文件。
3.1.2建立景观模型
根据收集的信息，相关人员与土建信息和城市规划图相匹配，导入地图信息等数据信息，并以表格的形式保存数据，然后利用程序拓扑对景观数据进行处理，保存可匹配的数据，然后使用MIF格式的数据，后期用IMAGIS软件进行分析与应用。该过程要求人们将数据导入IMAIS软件中，然后将其拉伸，从而提取出地形高程和顶层数据，并将顶部信息延伸到地面DEM上，建立半封闭的五面体。
3.1.3建立地形模型
三维地形模型通过倾斜摄影测量获取底面信息，相关人员利用半封闭五面叠加底部信息，得到地形模型。在IMAGIS 3D模型中，匹配的图像数据必须用作底层纹理并叠加在映射在DOM上。
3.2 采集纹理和粘贴纹理信息
3.2.1纹理采集方式
第一，现场摄影。在建立三维模型的过程中，主要信息是对象。同时，这些物品也是城市建设、交通运输等重要信息。通过数码相机在场地上拍摄这些物体的表面纹理信息，然后通过数字地形图或城市规划和设计图获得平面坐标。此外，它也可以通过专业测量仪器获得。第二，航天遥感设备。地面纹理数据和地面高程信息可以通过空间摄影和航空摄影获得，如航空摄影测量。无人机倾斜摄影测量系统由飞行控制系统、传输系统、地面设备和地面监控系统组成。在无人机（UAV）起飞之前，根据所需目标设置无人机的飞行路线和高度。根据计划航线拍摄无人机，如果不符合第二飞行测量，则将数据信息设置为满足测量要求。
3.2.2粘贴纹理信息
在建立三维数字模型之后，纹理信息不存在于模型上，不能反映城市的三维特征，因此有必要将纹理信息粘贴到建筑物的顶部或墙壁上。纹理信息应该粘贴到3D模型的不同层次上，一些较大的3D模型不能用一张照片来覆盖。它们需要在块摄影的模式下进行处理，将它们分割成多张照片，然后用PS软件进行拼接和编辑。
4 基于倾斜摄影和3ds Max的三维建模
4.1总体建模思想
首先将获取的影像进行空中三角量测并获得高精度的外方位元素;其次，3ds Max插件根据提供的外方位元素和共线方程实现基于倾斜影像的建筑物多片立体量测并将测得的数据输入3ds Max平台生成三维模型;然后，根据三维信息提取模型每个面在影像上相应的最佳纹理信息，并实现纹理自动映射;最后，将模型输出。
4.2建模过程
建模包括地面建模和建筑物建模。地面建模采用将数字高程模型DEM构成TIN，然后叠加DOM生成。建筑物建模采用中国测绘科学研究院开发的基于3ds Max插件开发的半自动三维建模平台。该平台将建筑物根据屋顶结构特点进行分类，将建筑物分为简单结构建筑和复杂结构建筑。在简单结构建筑物中，根据屋顶形态细分为平屋顶建筑物、坡屋顶建筑物和圆柱型建筑物。复杂建筑物的界定主要是指那些利用简单结构量测建模方法及其组合不能够很好地构建、在屋顶结构上较复杂且无特定规律可寻的一类建筑物。在实际建模过程中，根据所要构建模型的类型，有针对性地采集或量测，可以有效提高建模效率，以减少建模人员的工作量。
5 总结
目前，无人机倾斜摄影技术的广泛应用改变了传统测绘方式，极大地提高了测绘行业的效率。不断涌现出大量更多、更好、更丰富、更精确的城市3D模型产品和服务，将为土地资源的应用增加更多的效率，优化土地空间，建设美丽的中国。
参考文献：
[1]赵林.基于倾斜摄影测量技术的三维数字城市建模研究[J].山西建筑，2017，43（21）：197-199.
[2]孙宏伟.基于倾斜摄影测量技术的三维数字城市建模[J].现代测绘，2014,37(1) :18-21.
论文作者:孙霞
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/16
标签：建模论文; 测量论文; 模型论文; 纹理论文; 信息论文; 建筑物论文; 数据论文; 《建筑学研究前沿》2018年第20期论文;