关键词：无人机倾斜摄影测量；Smart3DCapture；三维数字城市建模；应用
引言
利用无人机进行倾斜摄影测量已经成为测绘领域的一种新趋势、新潮流。它同时从垂直和倾斜角度对地面情况进行拍摄获得数据，通过建模真实的反映地物的本来面貌，客观的再现了地物的外观、结构、高度等属性。无人机倾斜摄影测量一般包括起始数据的处理、像控点布设、航线规划等阶段。在建模阶段，目前比较成熟的建模软件主要有法国公司开发的ContextCapture、streetfactory，美国的Pictometry，俄罗斯的Photoscan，以色列的VisionMap等软件。其中，法国的ContextCapture是我国处理倾斜摄影测量数据的主要软件之一。
1无人机倾斜摄影测量概述
倾斜摄影测量技术与传统摄影测量技术的区别：作为一项当代科技高速发展时代下的产物，倾斜摄影测量方法在实践中与传统摄影测量技术还是有着显著的差别。前者在实践中更具备优势，并拥有远大的发展前景。在测量方式上，倾斜摄影测量技术是通过对所选定的测量区域中的各个摄点的多个方向与角度，如垂直、右视和左视等5个方向的影像进行有效的获取，并生成三维实景模型来研究被摄对象的横断面、大小、规模等特征的一项高新技术。而传统摄影测量技术主要是通过对所选对的测量区域各摄点的中心投影影像所生成的正射影像来分析和研究被测对象的性质、大小等特征的一种技术方法。在测量技术探测方面上，传统摄影测量技术用途比较狭隘，仅用于生成正射影像与绘制地形分布图。而倾斜摄影测量技术的用途除了生成正射影像与绘制地形分布图，还能够构建三维实景模型，从全方位对被测对象进行分析与研究。
无人机倾斜摄影测量的特点：无人机倾斜摄影测量在实践过程中具有明显的优点，它借助先进的定位技术与科技支持，真实反映并分析被测对象的状况，从而构建出三维实景模型以研究被测对象的各种特征与性质。无人机倾斜摄影测量能够从多角度多方面分析所研究区域的地形与周边实际情况并在短时间内如实反映测量数据，很大程度上可以弥补传统倾斜摄影测量的不足。而且在实践测量中选择无人机倾斜摄影测量技术能够节省人力财力资源。
2三维数字城市建模技术方法概述
三维建模技术能够直观展现三维空间的具体信息，在数字城市建模中发挥着重要作用。首先，构建物体的三维模型，可以直观、平面、真实、清晰地反映数字城市的具体情况；其次，能够基于二维数据进行重构，将三维视场完美地融入到城市的地理信息建设中；最后，该技术能够有效提高数字城市的数据维护效率，加强用户的体验感，为城市的发展提供便利。近年来，随着城市建设的快速发展，许多外观造型复杂及测量精度要求较高的高层建筑物应运而生，建筑物的外形趋向复杂化。如果说简单的建筑物是一个多面体，那么复杂的建筑物就是多个多面体的组合。面对复杂的建筑物，设计者需要建立多个多面体模块组成的建筑物模型，并运用影像密集匹配技术，产生基于真实影像超高密度点云的实景数字表面模型数据。
3无人机倾斜摄影测量技术在三维数字城市建模中的应用
3.1起始数据的处理
起始数据处理是三维建模得以正常有序进行的前提，其主要包括多视影像、POS数据等，具体需要对这些数据成果进行处理和保存，处理工作要确保其航向重叠度的精确。在进行存储管理时，需根据不同相机的视角进行分类储存，以便于后续的数据检索。另外，在数据处理和保存中会由于数据大量累积而出现误差和失真问题，此时需要加入POS数据和外控点成果对其进行控制。
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3.2多视影像联合平差
通过多层次、多条件约束的方法获得多视影像的同名点，保证同名点的误匹配率在一定的范围，利用区域网平差技术完成影像姿态数据与加密点数据的计算。多视影像联合平差作为倾斜影像整理阶段的重要环节，因为多视影像分别为垂直影像倾斜影像，多视影像联合平差兼备了对影像中出现的变形和遮挡的情况的处理，但大多数传统的空三加密方式并没有这种特征。一般的多视影像联合平差方式是先通过SIFT特征提取算法，完成影像的特征提取工作。
3.3空三精度验证
按照“先整体后局部，先控制后碎步”的原则，本文采用基于城市CORS系统，通过部分野外控制点的布设方案，在整个测区通过间隔150-200M尽量在地面空旷无遮挡的道路交叉点、斑马线或者井盖布设控制点。同时为了确保高程精度满足需求，在有条件的建筑物房顶均匀少量控制点，确保控制点分布在不同的高程面上，以使布设稳定、有效地控制网。利用倾斜无人机系统获取影像数据与影像对应的姿态数据结合少量外业控制点，通过整体光束法区域网平差技术获取高精度的影像定位定向数据与加密点的三维坐标信息，减少野外工作测量、提高作业效率。通过成熟的GPS-RTK技术采集23个控制点坐标，其中14个点用以控制点进行空中三角测量数据解算，剩余点用以检测空三的精度。
3.4控制点布设及航线规划
测区内山地较多，地形条件差，大部分区域人工无法到达，因此选择较为平缓的地方布设像控点，以便将模型纳入到目标坐标系下，并且起到精确的控制作用。由于飞机自带后差分解算系统，一定程度上精化了POS数据，故能够保证测量精度满足要求。飞行时间段选在上午十一点左右，期间光照适中。为了防止出现漏拍等信息不完整的情况、保证模型精细程度，本次地面采集分辨率设定为5cm，相对飞行高度相应为250m，航向重叠度设置为80%、旁向重叠度设为75%，航线为南北方向，共分2个架次，架次之间有2条航线的重叠区，以便后期拼接。
3.5构建TIN模型
在构建TIN模型前，需要对高密度点云数据进行分割处理，以便于提升模型建立的精准度，后续开展模型建立如下所示：第一，利用同一地物不同角度的影像信息，采用参考影像不固定的匹配策略逐像素匹配；第二，基于多视匹配的冗余信息，避免遮挡对匹配产生的影响，再引入并行算法提高计算效率以快速准确地获取多视影像上同名点坐标，进而获取地物的高密度三维点云数据；第三，基于点云构建不同层次细节度下的TIN模型，通过对三角网优化，将内部三角的尺寸调整至与原始影像分辨相匹配的比例，同时通过对连续曲面变化的分析对相对平坦地区的三角网络进行简化，降低数据冗余，获得TIN模型矢量架构。
结束语
综上所述，基于无人机航空摄影测量技术，通过对实验区域影像数据的采集获取，采用Smart3D专业软件,快速实现了该区域的三维实景模型构建，通过对外业采集检查点与模型的对应点三维坐标进行比较，验证了成果模型的绝对精度均可满足相应的规范要求。且获得的三维数字模型还原性高，影像真实，可被应用于的生产和应用中。因此，无人机倾斜摄影测量技术可以满足城市数字三维建模需要。
参考文献
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[5]张逢春.浅析无人机倾斜摄影测量技术与应用[J].世界有色金属,2018(03):25+27.
论文作者:吴小娜1 吴宗晗2
论文发表刊物:《建筑实践》2019年38卷24期
论文发表时间:2020/4/26
标签：测量论文; 无人机论文; 影像论文; 建模论文; 模型论文; 数据论文; 技术论文; 《建筑实践》2019年38卷24期论文;