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摘要：随着科技的进步和测绘技术的发展，“精确地测绘世界”和“真实地描绘世界”成为测绘发展的一个重要方向，三维模型应用而生。传统的三维建模效率低，效果不佳，伴随着倾斜摄影测量技术的诞生和发展，实景三维建模获得了一种全新的技术手段。本文参照实践经验，详细地介绍了整个生产作业流程，对测绘生产具有一定的参考作用。
关键词：倾斜摄影；数字城市；三维模型
0 引言
近年来“智慧城市”概念频繁出现在国内媒体当中，作为“智慧城市”空间载体的“数字城市”建设被迅速推广。自1998年美国副总统戈尔提出“数字地球”概念后，我国学者也意识到了其重要意义，国家测绘地理信息局在2000年提出构建“数字中国”基础框架后，数字城市在国内开展的如火如荼。
“数字城市”是指利用空间信息构筑虚拟平台，将包括城市自然资源、社会资源、基础设施、人文、经济等有关的城市信息，以数字形式获取并加载上去，从而为政府和社会各方面提供广泛的服务。数字城市能实现对城市信息的综合分析和有效利用，通过先进的信息化手段支撑城市的规划、建设、运营、管理及应急，能有效提升政府管理和服务水平，提高城市管理效率、节约资源，促进城市可持续发展。和人类生活、生产相关的信息有80％与空间位置有关，因此数字城市是构筑和运行在空间信息平台基础上的。三维实景模型作为“数字城市”建设的基础空间数据载体，得到了日益广泛的应用，也渐渐成为测绘单位一项重要的生产任务。
1 传统的三维建模
传统的三维建模方式大多利用已有数据、三角高程测量或推算得到模型高度，依据大比例尺地形图和DOM建立模型结构，基于3D Max软件建立白膜。后期可通过现有DOM获取模型顶层纹理，利用人工拍照获取建筑物侧面纹理，通过处理将经过纠正的纹理贴于白膜之上，便可得到建筑物的单体模型。
上述建模方式得到的模型为单体模型，且色彩美观，效果绚丽。但弊端在于外业人员工作量大，拍摄时间长等。由于照片的拍摄顺序不一定符合内业人员的观察习惯，照片顺序凌乱，浪费了很多的时间，纹理拍摄的视角不同，导致内业人员制作纹理时遇到很多困难。
2 倾斜摄影测量
2.1 概述
倾斜摄影测量技术作为近些年来国际测绘领域发展起来的一项高新技术，颠覆了传统垂直摄影的局限。它主要包括倾斜摄影数据获取技术和数据处理技术。倾斜摄影测量是通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从一个垂直和四个（前后左右）视轴倾斜的角度采集影像，每次曝光同时获取五个视角的影像数据。因为现代先进的倾斜摄影测量设备全部都集成有高精度的GPS接收机和IMU（惯性测量装置），所以在获取影像数据的同时，可以高精度的定位拍摄瞬间照片的位置和姿态，利用后处理软件快速生成实景真三维模型，大大降低了三维建模的成本，可广泛应用于城市应急指挥、国土安全、城市管理等行业。
飞机搭载航摄仪按照一定的航高，一定的航向和旁向重叠进行飞行作业，飞行完成后进行数据下载和质量检查，质量合格后，方可进行相关区域的相片控制测量。
为了能达到设计精度，满足测区对坐标系的要求和消除系统误差，在飞行数据获取后，工作人员需要按照航线和区域面积，布设一定数量的像片控制点。像控测量人员按照一定路线规划，使用校检合格GPS设备，逐个对其进行测量，并提交像控成果。
当上述两种成果均完成后，内业人员便可准备数据，利用专业的后处理建立工程进行实景真三维模型的后期生产。目前国内主流的生产软件有Bentely公司的Smart 3D，法国的Street Factory，Skyline的Photomesh。这些软件大多都集成了先进的空三算法，可根据初期导入工程的像片数据和POS数据，进行快速和精确的空三计算、白体模型生成、纹理映射和模型生成，自动化程度高。在实际生产过程中，为了能生成高质量的三维模型，作业人员需要精确的像控点成果刺于相应的点位上，同时根据测区具体情况，设置软件的相关配置参数。在上述软件生成的三维模型上，也为有很多不如意的地方，如道路的起伏，高压线塔的悬空等问题，此时需要记住其他软件进行模型的文理编辑和几何体编辑，方能产生较好的视觉效果，满足项目精度要求。
2.3 应用现状
由于倾斜影像为用户提供了更丰富的地理信息和友好的用户体验，该技术目前在欧美等发达国家已经得到了广泛应用。如澳大利亚利用诺斯罗普·格鲁曼公司的RQ-4A“全球鹰”无人机，搭载SAR成像系统对海洋进行监测研究；美国航空航天局同样将无人机倾斜摄影技术应用于森林火灾监测、精确农业、海洋遥感等项目的研究。在国内，政府部门已成功将倾斜摄影测量技术应用于国土资源管理、房产税收、城市管理、应急指挥、灾害评估、环保监测等领域。一些民营企业还将该技术用到房地产、工程建筑、实景导航、旅游规划等行业，例如国内的红鹏天绘，自主研发完成了一套微型无人机倾斜摄影系统，包括电动六旋翼无人机、五相机倾斜摄影吊舱等，成功将无人机技术与倾斜摄影技术有效地结合，具有成本低、可靠性高、操作使用简单等特点，同时该无人机系统降低了起飞和着陆场地要求，低定位精度与影像分辨率也大幅度提高，可以满足不同行业领域的倾斜摄影测量与快速三维建模对数据获取的要求。
3 应用案例
为满足湖北五峰县发展需求，利用先进的六旋翼无人飞行平台和倾斜摄影系统在该县城某区域开展倾斜摄影和实景三维建模，面积为20平方公里。由于区域形状不规则，丘陵地形，飞行作业较难，整个项目工期2个月，其中15天为外业航拍，获取倾斜影像数据。15天外业像控测量，30内业数据编辑、质量检查和成果提交。飞行5架次，像控点30个，利用Smart 3D CC4.4.5完成空三加密、自动生成模型、自动纹理贴图等，最终提交1000多Tile实景模型，格式为Osgb，精度完全满足项目需求。
结语
目前，利用不同平台搭载不同的倾斜相机，可使倾斜摄影测量技术适合各类区域的影像数据获取和实景三维模型构建。采用基于倾斜摄影测量技术构建城市真三维模型成本低，周期短且精度高，将在以后的测绘生产和空间信息服务中扮演非常重要的角色。
参考文献
[1]杨国东，王民水.倾斜摄影测量技术应用及展望[J].测绘与空间地理信息，2016，01：13-15-18.
[2]胡文庆.倾斜摄影测量三维重建在城市规划管理中的应用研究[D].昆明理工大学，2016（11）：86-88.
[3]李凌霄.多旋翼无人机单镜头倾斜影像采集关键技术研究[D].长江科学院，2016（02）：45-47.
论文作者:贾玉林
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第31期
论文发表时间:2018/3/26
标签：模型论文; 测量论文; 城市论文; 实景论文; 无人机论文; 数据论文; 建模论文; 《建筑学研究前沿》2017年第31期论文;