摘要：随着我国科学技术的不断进步，近几年来国际遥感领域也有了不小的突破，取得了实质性进展，倾斜摄影测量技术就是近年研发出来的新型科技。倾斜摄影技术不仅可以全面地展现地理信息，甚至能够透过定位、全景等一系列客观信息，来加快航拍摄像的效率，从而使其自动完善建设三维立体图形。无人机倾斜摄影是目前市场以及国际上最为热门的城市三维建设的研究内容，本文通过展示无人机倾斜摄影技术来剖析无人机摄影在城市的三维建设中的实际应用前景。
关键词：倾斜摄影；三维建模；测量
引言
“数字城市”建设成果在国民经济建设中逐渐得到了广泛的应用，并且以直观、可视化、信息更加丰富为显著特点的“三维数字城市”建设成果，成为应用创新的推动剂。通过实施三维数字城市项目，提供实景三维模型，属性数据库，搭建一个充分直观展示城市地形地物和城市形态的数字化可视平台，为城市规划、城市建设、城市运营管理提供数据支持和决策参考。
在国内外测绘领域，无人机倾斜摄影技术作为新兴的一项测绘技术，已经在实际生产中得到了越来越广泛的应用。在城市三维模型制作方面，该技术有着显著的技术优势，已经成为行业的发展趋势和未来的发展方向。本研究选择南宁东盟经济技术开发区作为研究区，重点研究的是无人机倾斜摄影技术在三维建模中的作业流程和作业方式。
1无人机倾斜摄影测量系统
无人机倾斜摄影测量技术作为国际测绘领域近年来新兴起来的一项高新技术，它颠覆了传统航空摄影技术，融合了正射和倾斜影像，通过在同一飞行平台上搭载传感器，从1个垂直、4个倾斜等多个不同角度采集影像数据，避免了传统航拍出现遮挡和盲点的问题。在拍摄过程中，同步记录航速、航高、旁向重叠和航向重叠，坐标等参数，然后对倾斜影像进行分析处理，为用户提供真实直观的实景信息。
无人机倾斜摄影测量主要具有以下特点:
①起降方便:无人机对起降环境要求较低，无须专用机场，在空旷区域或相对开阔地面均可遥控起飞、降落;
②低空飞行:无人机飞行高度低，飞行高度200m～2500m，受天气影响较小，工作效率高;
③高分辨率:无人机飞行平台搭载的数码相机低空分辨率可达到厘米级，所拍摄的影像分辨率高，能够清晰看到物体顶部和侧面的纹理;
④建模效率高:无人机倾斜摄影技术可自动化实现影像数据采集、快速三维建模等。
2无人机倾斜摄影技术在城市三维建模中的应用
2.1无人机数据获取
文中以南宁东盟经济技术开发区为例，测区区域面积约16km²，测区范围内地势较为平坦，主要包含建筑、花园、水体和绿地等。当地中央子午线为108°，飞行环境良好。
项目选用飞马无人机航测系统，采用固定翼无人机搭载倾斜摄影仪，摄影仪单镜头有效像素为4200万（7952×5304），航飞高度250m，航摄影像分辨率0．03m，对测区进行航拍。测区航线沿直线方向布设，倾斜镜头从前-后-左-右四个方向以及下视获取测区范围有效影像。为确保无人机航拍影像的质量，每个架次都增加了航带及各航带的照片数量，使其航向重叠不低于80%，旁向重叠不低于70%，采用等距离间隔曝光模式进行拍摄。
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2.2数据处理技术流程
采用Smart3D专业软件对采集的数据进行分析处理，该软件能够无须人工干预地利用连续多角度影像，生成高密度点云，并在此基础上全自动地将纹理映射到对应的模型上，快速生成具有真实影像纹理的城市三维场景。
2.3影像预处理
无人机拍摄影像完成后，需对获取的影像进行质量检查，检查内容包括影像质量、文件格式、影像的重叠度、影像变形及POS信息与影像对应关系等，对质量不佳的影像进行修复。此外，为保证影像色彩整体美观要求，还需对原始影像进行匀光匀色，确保整个测区影像数据整体色调一致，且单张相片无偏色。
2.4空三加密及实景三维模型构建
基于Smart3D专业软件平台，对多视影像进行区域网联合平差，结合POS系统提供的多视影像外方位元素，采取由粗到精的金字塔匹配策略，对每级影像进行同名点获取、自动匹配及自由网光束法平差。利用影像密集匹配技术自动匹配出所有影像中的同名点坐标，进而生成对应地物高密度点云数据。
2.5精度分析与效率对比
该测区根据测区形状采用行列均匀分布布设像控点，并且保证每平方公里至少布设一个像控点，对于不规则的区域，在区域的凹凸转折处增加像片控制点布设,为保证项目的精度，像控布设进行了适当的加密。为评定无人机倾斜摄影测量建模的精度，在测区范围内均匀选取10个特征地物点作为检查点。像控点和检查点均基于CORS系统，采用GPS-RTK进行野外测量，并将外业测量的坐标作为实测值，在三维模型上量取检查点坐标，通过和实测数据进行对比可计算出平面中误差为0．05m，其中平面最小误差为0．03m，平面最大误差为0．08m;同理，可计算出高程中误差为0．25m，其中最小高程误差为0．09m，最大高程误差为0．37m。
通过实验结果可以看出，基于无人机倾斜摄影测量的三维建模精度较高，完全可以满足项目的要求。工作效率方面，采用无人机每天可航拍4个架次，1个架次航拍0.4km²，在天气良好的情况下10天即可完成拍摄任务，其余工作可通过计算机自动处理和内业人员手动操作，整个数据处理及单体化工作完成约52天，模型质量检查约5天，整个项目完成约57天。对比传统的三维建模主要包括数据采集、模型制作、纹理贴图、模型渲染入库等，整个项目完成约180天。经比较分析可知，采用无人机倾斜摄影测量技术进行三维建模，不仅有效提高了工作效率，还减少了外业工作量。
3无人机倾斜摄影测量技术的前景预测
伴随着三维GIS技术的高速发展。三维数字城市正慢慢地向智能化城市建设的主要构成部分靠近，并且渐渐地渗透进我们生活的点点滴滴。三维城市模型进一步完善了城市规划管理中的常规运用，并成功完成了从二维到三维的蜕变，进一步投入到了国土资源管理、交通指导以及人口、房屋管理等多个日常生活领域，很大程度上提高了办事效率，特别是在一些重大的事项中，它可以最大程度节约审批的时间。
从以前的三维到实时的发展过程是GIS以后进步创新的另一种形式。GIS早已从二维到三维再到实时的多维动态表现形式。它将更加全面、客观、充分地把现实建筑投射到计算机系统中去，彻底发挥它专有的功能，尽可能最好地服务人们。因为倾斜摄影测量在实际的城市建设过程中可以更好地展现出地理信息等重要内容，提高测量的实际效率，加大建设的有效程度，所以更加有效地促进人们对该技术进一步的探索以及更加广泛的应用。
结语
在无人机倾斜摄影领域，由于其采集数据方式范围广、精度高、分辨率高等种种优点，已经在测绘领域广泛开展应用，并应用于许多复杂城市场景，均取得了不错的效果。并且该技术通过高效的数据采集设备及专业的数据处理流程生成的数据成果直观反映地物的外观、位置、高度等属性，为真实效果和测绘级精度提供保证。同时有效提升模型的生产效率，降低了三维模型数据采集的生产成本代价，减少了作业时间。基于以上优点，随着无人机倾斜摄影技术最近几年的快速发展，该项技术在国内外发达地区已经广泛应用于国土、城市建设、规划等诸多行业。
参考文献
[1]宁津生，陈俊勇，李德仁，等.测绘学概论[M].武汉:武汉大学出版社，2008.
[2]陈永健，陈曦.基于倾斜摄影测量技术的城市实景三维建模方法研究[J].资源信息与工程，2018，33(4):131～132.
论文作者:梁杰旺
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/12
标签：无人机论文; 影像论文; 测量论文; 建模论文; 城市论文; 模型论文; 技术论文; 《基层建设》2019年第17期论文;