摘要：倾斜摄影技术是国际测绘领域近些年发展起来的一项高新技术，它颠覆了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度采集影像，将用户引入了符合人眼视觉的真实直观世界。随着该技术的发展，人们对实景三维模型的分辨率、材质颜色、清晰度提出了更高的要求，这就促使飞行载具高度不断降低，期间催生出动力三角翼、多旋翼无人机等多种中低空倾斜摄影数据采集方案。本文对无人机倾斜摄影在实景三维建模中的应用进行研究分析，以供参考。
关键词：无人机；倾斜摄影；实景测量；三维建模；应用
引言
三维城市运用描述城市地上景观的三维模型来表达数字城市空间信息，是表达城市信息的重要载体，对城市规划、建设、管理和应急响应有着及其重要的作用，三维城市已经展现出其较高的经济价值和应用潜力。传统的三维城市模型生产制作是结合遥感影像图和地形图，得到精确可靠的建筑物模型、道路模型及其他景观小品模型，将组成城市要件的各类三维模型集成为三维城市场景，这种方法适合于普通精度的三维城市建模，但是对于高精度、高仿真、大区域的建模，传统方法势必需要投入更多的作业人员，其建模速度、效率以及时效难以满足三维城市的应用。三维城市建模也可以利用三维激光扫描获取地面三维几何数据，运用激光测距原理快速建立物体三维模型，但是该方法不能解决纹理数据获取和处理的问题，纹理贴图依然需要依靠大量人机交互来完成，无法进一步提升城市三维建模质量。
1倾斜摄影测量概述
1.1倾斜摄影测量概念
倾斜摄影测量技术是近年来国际测绘领域发展起来的一项新技术，它颠覆了过去正向摄影从垂直角度拍摄的局限性，而是在同一台飞行器上搭载多台传感器，从五个或者更多个角度采集地面信息图像，从而给用户营造真实的视觉体验。
1.2倾斜摄影测量特点
倾斜摄影测量具有以下特点：第一，倾斜摄影测量技术能够实现单张摄影量测。通过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；第二，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，在解救人质等紧急行动中，能更好地辅助决策。
2基于无人机数据的三维建模流程
本研究采用的建模工具是街景工厂软件，该软件特点是模型成果精度高，所以对航飞数据的要求也较严格，需要每张倾斜影像都具有较精确的pos信息。由于无人机的飞行姿态不稳定，机体载重又不允许携带高精度pos设备，往往不具有准确的姿态信息，甚至仅有影像。因此，需要在第三方软件，如Inpho等。
2.1航飞数据整理
第一，影像数据整理。检查影像资料的完整性与可靠性，五镜头数据应按照前视、后视、左视、右视、下视分类存放，各文件夹内影像数量一致，如有多片或少片，应及时检查文件命名，删除错误像片，最后检查文件拷贝时间，如无时间跳跃值出现，表明数据结构完整；第二，姿态信息整理。使用Map Source打开gdb文件，即可看到飞行坐标信息，将其按照xyz格式输出为txt文件，在Arc GIS软件中进行展点，选取作业区范围内的有效点，与下视影像进行位置对应，最后合并转角信息初步制作EO文件。
2.2第三方软件空三匹配
将EO文件与影像直接导入街景工厂进行空三匹配，产生较多错点，优化后不能有效纠正空三网。经试验可先将下视影像导入Inpho5.5进行自动纠正，得到较高精度的EO信息。在Inpho软件中新建处理工程，选择Edit Camera编辑相机参数，填入影像分辨率、焦距、像元尺寸等参数，之后在Frame Photo Importer中导入下视影像，下一步点击GNSS/IMU Importer导入粗精度EO信息。接下来的影像处理选择AIO，开始建立金字塔影像，自动采集连接点，采集结束后会列出所有图像的类型和状态。此时主要查看道路、十字路口、绿化地块等地点的接边情况，这些地区高程较低，匹配效果较好。如果效果不理想，重新执行AIO反复优化，直到下视影像中的建筑、地物视觉上看起来形成一张图的效果，即可导出EO信息，此时的EO文件已完成影像的畸变差修正，可以导入街景工厂进行建模。
2.3导入街景工厂建模
街景工厂作为实景三维建模软件，最大的特点是可进行空三细节调整，使模型成果的精度保持在较高的水平。将经过畸变差修正的EO成果导入街景工厂中，手动匹配连接点，原则是每张相片中匹配50个点，街景工厂中的连接点匹配结果如图1所示。
图1街景工厂连接点匹配结果
3无人机倾斜摄影在实景三维建模中的应用
利用上述基于无人机数据的三维建模方法，在城市进行建模的实践和验证。在某地历史街区与建筑保护项目中，利用无人机对中央商务区核心区3.46km2区域进行了十字交叉航线法区域倾斜影像采集。通过倾斜摄影测量技术进行初始三维建模，并对区域内29处重点保护建筑进行了三维精细化建模，利用无人机低空灵活飞行的特点，克服了传统建模无法收集目标物顶部及上部纹理和形态数据的缺陷，同时高质量获取侧面纹理和数据来辅助精细建模，将传统方法与无人机倾斜摄影测量技术相结合，利用传统方法对重点保护建筑进行侧面精细建模，利用无人机倾斜摄影测量技术对顶面进行建模，两手段相结合，完成重点保护建筑的精细建模。对模型局部缺陷进行修补，将重点保护29处建筑模型在倾斜摄影初始三维模型中进行逐一替换，并进行模型的一体化集成。该项目结合无人机倾斜摄影测量技术和传统建模技术的优点，利用无人机低空飞行采集目标物顶部高清序列影像，解决了倾斜摄影实景模型细节补充和精细建模的问题，丰富了建模数据采集的手段，满足了项目对各类数据精度的需求。
结束语
综上所述，当下无人机倾斜摄影技术的广泛应用，改变了传统的测绘作业方式，大幅度提升测绘行业的作业效率。更多、更好、更丰富、更精确的城市三维模型产品和服务的不断涌现，必将为我国更有效率的应用土地资源、优化国土空间、建设美丽中国而增砖添瓦。
参考文献：
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论文作者:张鑫鑫
论文发表刊物:《基层建设》2018年第17期
论文发表时间:2018/7/25
标签：建模论文; 无人机论文; 影像论文; 测量论文; 模型论文; 城市论文; 街景论文; 《基层建设》2018年第17期论文;