无人机倾斜摄影测量在三维模型测图中的应用

无人机倾斜摄影测量在三维模型测图中的应用

王朝霞

陕西省水利电力勘测设计研究院 陕西西安 710001

摘要：当前利用无人机平台搭载传感器进行倾斜摄影技术为实景三维建模提供了新的方式方法，比传统建模方式更加便捷准确。与传统航摄相比，倾斜摄影技术能够从多角度进行影像采集，能够充分地获取项目区域的地形地物信息，利用该技术进行实景三维建模精度更高。基于此，本文主要分析了无人机倾斜摄影测量在三维模型测图中的应用。

关键词: 无人机倾斜摄影测量; 实景三维模型;大比例尺

中图分类号: P231 文献标识码: A

引言

倾斜摄影测量不仅能够获得被测目标的斜面纹理等多角度数据，而且其测量数据具有很高的精度，测量成本也相对较低，因此在三维建模中的应用日益普及。测量人员应积极探索新的测量技术，并不断总结实践经验，对倾斜摄影测量的技术应用进行大胆的创新和完善，进一步扩大其技术适用条件，拓展其应用领域，从而促进我国测量技术的现代化发展。

1 概述倾斜摄影测量

与传统测量技术相比，新型的倾斜摄影测量技术由于在一个飞行载体上同时搭载了多个摄影测量设备，因此能够增加影像采集的角度，从而实现了多视角影像的获取。同时由于在倾斜摄影测量中引入了POS系统，不仅能够实时获得姿态数据，而且提高了定位的精度。此外，在倾斜摄影测量技术中还包括了对数据信息的自动处理，因此极大地提高了数据处理的效率和准确性，并为三维建模提供了更加准确全面的数据基础^[1]。

2倾斜摄影技术

倾斜摄影技术突破了以往只能从地表垂直角度拍摄影像的限制，将多台传感器搭载在无人机飞行平台上，可以同时从垂直和倾斜5 个角度拍摄照片，这样不但能获得垂直影像，还能获得具有地物目标立面纹理信息的倾斜影像，最后，通过构建模型，用户被引入一个符合人眼视觉的真实直观的世界。倾斜摄影技术的普及可以大大减少当前实景三维建模代价昂贵的问题。使用倾斜摄影技术进行实景三维模型的重建，不但能够使模型还原地物的自然纹理和色彩，直观表现地形地貌特征以及建筑物的细节，还能够获取准确的地理位置信息，使得利用倾斜摄影技术在很多工程领域得到很好的应用。

倾斜摄影技术特征主要表现为以下几点: ①真实性:倾斜摄影获取的数据可以让人们从多个角度观察建筑物，真实地反映了建筑物的实际情况，弥补了传统人工建模仿真度较低的缺点。②高性价比: 倾斜影像的获取较为简单便捷，使用无人机平台搭载传感器就能获取大批量的倾斜影像数据，且能够通过量测软件对成果进行多种空间量测，还能够根据倾斜影像数据生产DLG、DSM 等多种数据成果。③低成本、高效率: 倾斜摄影技术能够迅速地采集影像信息，采用相关软件能够快速地得到高精度的实景三维模型，降低了成本。④易通过互联网发布及共享: 在采用倾斜摄影技术采集的影像进行三维建模时，相对于传统建模手段数据量较小，可以通过Wish3D进行实景三维模型数据发布，进行资源共享^[2]。

3无人机倾斜摄影测量在三维模型测图中的应用

3.1 倾斜数据采集

主要包括像控点数据和影像数据获取。为了更好地满足精度要求，通常采用先布测像控点再航摄的作业流程，尤其在测区外围特征点较少的区域，以靶标的方式布测。倾斜航摄虽然没有传统航摄对天气的要求高，但选在晴朗的、光线条件较好的天气下获取影像，模型质量更高。同时，如果选取不同天气条件下的多架次航摄数据进行空三解算，可能会导致某些像片无法匹配连接点，影响空三成果精度^[3]。

3.2 空三加密

空中三角测量是无人机影像内业处理的关键部分，其目的是通过影像匹配提取的连接点以及部分地面控制点，将全部区域纳入到已知的控制点地面坐标系中去，获得每张影像的外方位元素和加密点的地面坐标。空三加密结果的好坏直接影响到后期三维模型的精度，在ContextCapture 系统中，空三加密为全自动解算过程，若解算出错，可返回查看影像POS 数据、影像名称与POS 数据是否对应，再次进行空三加密。本次实验一共进行两次空三加密，第一次为导入影像数据和POS 数据后进行空三加密，第二次在第一次空三加密的基础上，加入像控点信息进行第二次空三加密。采取这样的空三加密方式能够对其精度进行优化。空三加密完成之后，成果可以在3DView 中进行可视化的显示^[4]。

3.3 内业数据处理

在对倾斜摄影测量数据进行内业处理时，工作人员应根据三维建模的具体要求，完整收集整理各项测量数据，既要避免有数据遗漏现象的发生，同时也要尽量减少冗余数据，以提高数据处理的效率。同时在内业处理中要严格遵守三维模型构建对各局部几何精度的要求，准确为相关要素进行分类编码，确保其属性信息以及相关参数准确全面。在存储三维建模数据时，应确保其空间位置信息与存储格式具有一致的拓扑关系，且三维建模数据要能够体现其优势特点，以准确反映被测目标的实时地理空间信息。经过对倾斜摄影测量技术的实践应用发现，以其测量数据为基础能够自动完成多角度全景三维模型的构建，且三维模型具有较高的位置、属性以及表现精度，且其逻辑一致性以及完整性也能够达到建模质量标准

^[5]。

3.4 模型构建

模型构建采用分块计算，自动选择不同视角上的最佳像对模型，生成三维尺度的密集点云。点云自动转换为不规则三角网TIN 模型，基于内在几何关系，将TIN模型进行平滑和优化。根据三维TIN 的空间位置信息，获取最佳视角影像纹理，自动赋予模型纹理，输出Obj、3dml、osgb格式三维模型成果。在通用三维平台中，在视角高度为300米场景下对三维数据进行核查，重点检查区域：住宅区、沿街商业区、机关企事业单位，以及地形、地貌等。检查内容包括建筑是否存在纹理扭曲、破洞、搭连；水面是否存在凹凸不平、破洞、反光；道路上有无不完整车辆；整体场景有无悬浮物体、地貌完整性、水面平整性等问题。核查三维模型是否真实体现沟、渠、河流、水库、湖泊、坎、山脊、山谷、道路等地形地貌^[3]。

3.5 裸眼立体测图

地形图要素采集可以采用具有突破性的“三维测图”新技术，利用三维测绘系统进行“裸眼”测图。就是经过立体模型格式转换，将倾斜摄影建立的具有较高精度的真三维模型加载到三维测图软件系统中，不需要借助立体眼睛及红外发射器等立体成像设备，直接观测立体影像，采集地形图各类要素。内业数据采集采用二、三维联动一体化测图模式进行采集，加载实景三维模型数据，可实现二维或三维环境下的地形图测量^[6]。

结束语

伴随无人机产业近些年的高速发展，使得无人机得以在各行各业实现广泛运用，在无人机活跃的众多领域中，应用较为广泛的技术当属无人机倾斜摄影测量技术，它通过与三维建模软件的配合，可以在工程建设规划、管线维护监测、考古文物保护等领域发挥巨大的作用。由于目前这项技术仍然不太成熟，并且有很多缺点急需完善。为了提升无人机倾斜摄影测量技术的运用效率，需要在镜头分辨率、传感器灵敏度、三维建模软件优化等方面做出改进，从而提升整体技术效率。

参考文献：

[1]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[J].资源信息与工程,2018,33(4):131-132.

[2]文述生.倾斜摄影测量技术构建城市实景三维建模方法研究[J].华北自然资源，2019(4):73-75.

[3]李小敏.基于倾斜摄影测量的城市实景三维建模与精度研究[J].华北自然资源，2019(4):82-85.

[4]李能国.无人机倾斜摄影测量技术在大比例尺地形图测绘中的应用[J].中国高新企业，2017,(12):279-280.

[5]赵小阳，孙松梅．无人机倾斜摄影支持下的1 ∶ 500 高精度三维测图方案及应用［J］．测绘通报， 2019( 7) : 87-91．

[6]张文春，范洪洋，林楠．基于免像控无人机倾斜摄影测量的实景模型裸眼三维测图研究［J］．福建建筑，2019( 8) : 126-129．