倾斜摄影测量与激光扫描技术融合建模分析

倾斜摄影测量与激光扫描技术融合建模分析

霍永祥

身份证号：610321199503080616

摘要：倾斜摄影测量与激光扫描技术的融合建模是一种先进的三维空间数据获取和处理技术。倾斜摄影测量主要提供场景的形象信息，包括颜色、纹理等；而激光扫描技术则能获取准确的三维坐标数据。融合这两种技术的优点，可以构建出既精确又富有纹理的三维模型。在实现过程中，首先进行激光雷达扫描和倾斜摄影拍摄，分别获取点云数据和图像数据。然后对这两类数据进行处理，如激光雷达数据需要进行噪声滤波，倾斜摄影图像需要提取特征并进行匹配，再对两类数据进行配准融合。最后，基于融合的数据进行三维重建，得到完整的三维模型。该模型还需要进一步优化和验证，以满足具体应用的需求。

关键词：倾斜摄影测量；激光扫描技术；融合建模

引言：在当前的地理空间信息获取和处理领域，倾斜摄影测量与激光扫描技术的融合建模成为了一种新颖并日渐被广泛采用的方法。这两种数据获取方式各自拥有独特的优势，但也存在局限性，而将两者相结合，就能显著提升三维数据采集和模型生成的效率和质量。

1. 倾斜摄影测量与激光扫描技术的特点

倾斜摄影测量和激光扫描技术都是现代测绘学中常用的方法，每种技术都有其独特的优点和特点。倾斜摄影测量是一种常见的测量技术，其可以使用飞机、无人机等航空载具在短时间内快速采集大量数据，同时通过多角度、多方向的摄影，获取地面的立体图像，适合进行三维建模。而且由于该方式相对灵活，可以近距离拍摄，因此最终能够提供清晰度较高的图像和丰富数据信息。

激光扫描能准确测量目标距离，其精度远超过其他测量手段，且其中机载车载下的技应用中还可以大大减少扫描时间，能快速大面积获取地形、建筑物等信息。与倾斜测量技术不同的是，激光扫描技术不仅能获取地表信息，还能获取高程信息，因此，它可以为制图、测绘、城市规划等提供更全面的数据支持[1]。除了常规的地形、地貌测量，还可用于林业、电力、铁路等多领域。在本文中，将两种技术通常会结合使用，以发挥各自的优势，获取更准确的地形或者建筑物信息。

2. 激光扫描技术与倾斜摄影测量的融合建模分析

2.1数据采集

在执行数据获取任务前，需制定详细的航摄计划。首先需要确定数据获取的范围、分区、航线和时间等，同时考虑各种限制因素，如天气、飞行安全、法规约束等。在激光扫描技术中，需要满足精度、速度、稳定性需求的激光扫描仪；在倾斜摄影测量中，需要高像素、底噪小、响应速度快的航摄相机。准备相应的激光点云数据处理软件、影像匹配软件、三维重建软件。

执行上述准备工作后，可进行数据采集。在数据采集过程中，激光扫描仪以密集点云的形式，记录各类地物的坐标点信息，而倾斜摄影设备可获取目标地多个视角的高清影像，然后通过专业软件将两者合成，建立起一个真实、高精度的三维模型，该过程需要技术人员有较高的专业技能和经验以降低误差。同时，由于数据采集的过程既复杂又精细，因此想要保证建模结果的准确性，就需要保证后期的数据处理和分析工作质量，为测量工作提供非常高质量和精度的结果[2]。

2.2倾斜摄影与激光扫描测量数据模型处理

倾斜摄影测量技术可以使用多台无人机在空中对地面的情况进行拍摄以获取影像数据，该项技术中的三维模型重建技术是其重要的内容，也是其与激光扫描技术融合的关键。

首先，使用激光扫描设备对目标场景进行扫描，获取精确的距离和高程信息（即点云数据）。然后利用无人机或其他航空载具采用多角度、多方向执行倾斜摄影拍摄获取图像数据，之后分别对激光扫描和倾斜摄影获取的数据进行处理。对于激光扫描数据，需要进行噪声滤波、分类等操作；对于倾斜摄影数据，需要提取图像特征、进行图像匹配，得到和激光扫描数据对应的图像数据。在空间上匹配并融合激光扫描产生的点云数据和通过倾斜摄影获取的图像数据，得到同时包含结构和纹理信息的数据。

使用Trimble RealWorks、Bentley Pointools等专业的三维可视化软件针对融合的数据重建出精确又富有纹理的三维模型，再对生成的模型进行优化，剔除杂乱的数据，提高模型的精度，并进行实地检验和修正。相较于单一的倾斜摄影测量或激光扫描技术，融合建模能够更全面地捕捉场景信息，更准确地重建三维模型，以满足应用需求。

2.3激光扫描技术与倾斜摄影测量技术的模型重建

在融合激光雷达和倾斜摄影测量的三维建模过程中，空三解算主要依据摄影时的相机位置与目标之间的空间关系和投影几何学原理，对获取的航空照片进行处理，得到每个像素在地理空间中的三维坐标。在两者融合建模的过程中，会产生大量点云数据，这部分数据需要进行处理，其中激光雷达数据的处理包括噪声滤波等；并开始进行空三解算。在这个步骤中，使用航空摄影设备获取的飞行姿态参数（如相机位置、角度等）和地面控制点，结合像对的相互投影关系，解算得到每张倾斜摄影图像上所有像素点的三维坐标。根据空三解算的结果，生成稠密点云，然后将其与激光雷达产生的点云进行空间匹配和融合，将融合后的点运输建立三角网，对其进行切割形成三维白模，最终进行配准

[3]。倾斜测量数据的处理与前面类似，根据融合后的数据进行三维模型的重建，然后进行优化和验证。加入了空三解算后，可以更准确地获取倾斜摄影图像中每个像素点的三维坐标，从而提高了三维模型的精确度。此外，空三解算还可以帮助更好地理解和掌握飞行拍摄的具体情况，为后续的数据处理和模型重建提供实用信息。

2.4实施验证

为评价激光与影响两种点云数据的建模效果，选取一个30km2的城市公园进行三维建模。最先使用激光雷达进行扫描，获取点云数据。其中使用无人机激光扫描技术扫描，其可以以一定均匀的速度与角度来对目标地点进行扫描，最终得到的点云数据平均点密度为232点/m2。接着发送无人机进行倾斜摄影测量，拍摄了2200张倾斜摄影图像。使用专业软件进行空三解算，结合相机参数、飞行参数和地面控制点，计算得到图像上的像素点在现实世界中的坐标。将通过激光雷达获取的点云数据和倾斜摄影测量得到的点云数据进行注册和融合，生成完整的三维点云，在三维点云基础上进行三维建模，此时可以得到一个初步的三维模型。

内部验证主要对模型的质量进行评价，包括模型的完整性，精度，误差等指标。例如，通过比较模型和原始点云数据，计算模型与数据点之间的距离，评估模型的精度。其中大多数数据点与模型之间的距离小于预设的阈值，因此可以认为模型的精度是可接受的。

外部验证主要是与现场实际情况进行比较，查看模型是否能够准确地反映现实。需要在场地内选取一些关键地点，详细对比其位置、大小等信息是否与三维模型一致。在模型中，通过实地测量数据得到其中建筑物高度为25.6m，融合建模建模结果显示的建筑物高度为25.7m。根据对比分析的结果，发现实地测量数据与建模结果之间存在0.1m的差异。根据精度要求和误差容许范围，可以评估融合建模的精确性和可靠性。

3.结语：综上所述，激光雷达与倾斜摄影测量的融合建模技术可以在城市规划、历史建筑保护、电力线路检测、水利工程等领域有着广泛的应用。虽然该技术在实践中已有良好的效果，但仍需要不断优化和发展，以进一步提高模型的精度和真实感。

参考文献：

[1]郑金玮,孔琪,董聪.三维激光扫描与倾斜摄影测量技术融合的建模效果研究[J].黑龙江科学,2023,14(12):141-143+146.

[2]孙佳明,李慧.基于倾斜摄影测量与激光扫描技术的融合建模研究[J].水利技术监督,2023,(02):280-284.

[3]孟凡超,董帅.倾斜摄影测量与地面激光扫描技术的三维建模研究与应用[J].黑龙江科学,2022,13(24):94-97.