无人机倾斜摄影三维实景建模

无人机倾斜摄影三维实景建模

张海东1 ,王涛2

寿光市测绘有限公司 山东省潍坊市寿光市 262700

摘要：随着近年来无人机倾斜摄影技术的发展，国内许多城市采用无人机倾斜摄影技术实现城市三维实景模型的建设。以此为出发点，对城市小场景、重点区域，利用消费级无人机进行三维实景建模工作，详细阐述了该方法的技术路线、关键点及精度评价等内容，为相关工程提供技术参考。

关键词：无人机；三维实景模型；倾斜摄影测量

引言

城市发展逐渐从以往的数字城市向智慧城市发展转型，在城市规划中二维矢量数据GIS应用则难以满足更加精准且高标准的城市测绘工程。构建更加直观的真实的且精准度相对较高的城市三维实景模型则受到了社会广泛热议。无人机倾斜摄影技术的出现，则能够解决以往在城市三维实景建模中存在的问题，借助于多个传感器结构，更加便捷地获取地物数据，具有广泛的应用前景。

1三维实景建模中的无人机倾斜摄影技术概述

1.1倾斜摄影技术原理

作为遥感测绘工程领域近年来在国际环境中创新发展的技术成果，无人机倾斜摄影测量技术的问世为国内外的测绘工程领域提供了更加鲜明的助力条件。作为高新测绘技术，我国在2010年将其引进到国内，并且在10年间迅猛发展形成成果。充分结合我国的地理环境特征以及先进科学技术的应用，融合了以往航空测绘技术的传统成果优势，借助于近景测量的优势效果，又突出了作为创新技术表现的先进性内涵。

1.2基于无人机倾斜摄影测量

城市实景三维建模的流程在无人机倾斜摄影测量构建城市实景三维模型的工程中，主要是应用到当前最为先进的无人机飞行器作为搭载平台，从而实现更加精准稳定的安全飞行测量工作。由智能无人机携带5镜头数码高清摄影相机，在空中进行航测飞行拍摄采集地物数据。而完成基于城市整体的三维实景模型的工件，还需要完成以下流程，首先来讲，则是需要在无人机的航测飞行过程中采集倾斜影像数据。包括外业航飞以及像控测量等，形成更加完善的数据采集工作，完成多视角状态下的三维空中三角测量，并结合真三维自动模型生产，形成完整的城市实景三维模型。而在自动模型生产环节中，分为了三个细化流程，分别为重建模型、修复模型以及生成城市实景三维模型等相应的环节。

2三维实景模型生产

2.1建筑物模型

通过立体像对获取建筑物房顶的高程及轮廓面，测量房顶面到DEM的距离，将建筑物直接拉升到地面得到建筑物的白模数据。（1）建筑物顶部轮廓高程。通过DLG数据直接获取建筑物的顶部轮廓数据，通过空三成果数据在立体采集软件中恢复建筑物的立体像对，获取建筑物的准确高度。对于平顶建筑物可直接量取到建筑物顶面，将测量获取的各建筑物高程赋值到建筑物的顶部范围面上，可以得到带有高程数据的平顶建筑物顶部轮廓；对于尖顶或复杂建筑物则需要量取顶尖结构到屋檐的高度，并通过立体像对采集尖顶房屋到顶部边缘的准确房脊线，并将测量数据添加到各房脊线轮廓上，得到尖顶或复杂建筑物的房顶。（2）制作实体模型。通过将TIN数据内插获取DEM数据，对DEM数据进行修整获的DEM成果。根据获取的建筑物顶部轮廓高程到DEM的距离，将房顶直接下拉到地面，建立实体模型。

2.2补测纹理匹配

对于建筑物的顶面和侧面可以通过倾斜影像直接匹配纹理，而对于建筑物旁的道路底面则需要人工进行干预，采用补拍的方式进行影像贴图。无人机是从空中获取地物影像，底面影像由于树木及高大建筑物遮挡，无人机获取的地面影像并不满足直接贴附三维模型的条件，因此需要人工补充获取，采用此种方式获取的地面影像更加真实。通过Photoshop软件的畸变矫正工具对获取的影像进行处理，消除因影像镜头拍摄时产生的角度偏差，校正后的地面影像线条间的位置关系正确，无角度偏差和存在扭曲现象。对于地面有车、人或其它遮挡物的区域进行影像处理，采用Photoshop软件将道路面修整获取地面原貌。采用相同方法对具有代表性的门店广告、高架道路、交通标志等进行补测。

2.3外业航拍与测绘

完成前期准备工作后，外业工作人员携带无人机等设备到达地形图测绘区域。为了保证测绘效果，外业人员需要对测控区域布置像控点，按照预定测绘方案由无人机搭载相机充多角度采集地形数据。在测绘工作中，由于无人机在整个飞行过程中对不同区域测绘精度有所区别，在测绘区域四周精度明显低于测绘内部区域，因此采用5点布设法更能在满足精度要求条件下减少控制点的数量，有效满足倾斜摄影空中三角测量的要求。

2.4实景三维模型的精度分析

在城市实景三维建模中，无人机倾斜摄影技术的应用，是为了获得更加准确、有效及直观的坐标信息，包含肉眼可看到的建筑物或其他起伏物的长宽高数据。对城市实景三维建模中的视域技术应用进行分析，要想保证三维模型的准确性，需要对分辨率进行严格控制。另外，除了要考虑摄影成像的清晰度之外，还需要对各种建筑物形成数字模型后的数学精度予以关注，尽可能地使用数学精度消差法，对无人机航测过程中产生的误差进行控制。在创建城市实景三维模型时，可直接在模型上进行城市内各建筑物数据的获取。所以，必须要对测量误差进行严格地控制，并在实际的数据处理中，对误差进行最大限度地消除。在进行数学消差时，必须要同时进行实景误差的消除和模型中误差的消除。而这就对技术人员的测量精准度与处理严谨性提出了更高要求。目前，测量误差是模型数学精度的影响因素，必须要对后续的数据处理工作予以高度重视。

3无人机倾斜摄影技术的质量保证措施

3.1空中倾斜摄影的要求

为了保证无人机倾斜摄影测量精度，要在测量之前做好准备工作，无人机搭载的相机地面分辨率、画面重叠度、拍摄质量制定标准，并严格按照标准执行。对于无人机的飞行高度、飞行航向、基准线制定，要做到准备到位，在无人机飞行前要对现场无人机及控制平台检查，确保在倾斜摄影中设备工作状态正常，提高空中测量的精度。

3.2三维模型数据的要点

在完成无人机飞行后，检查影响资料的基本情况，影像是否足够清晰，航拍内容是否完整，避免出现图像模糊、画面发虚的情况。检查飞行记录，察看曝光的坐标与实际飞行情况是否一致，存在偏离航向的问题与否。按照飞行记录表填写的方式进行影像旋转，特别注意奇数条和偶数条航带的旋转是否相同。对于不合格的飞行影像，需要进行重飞。

3.3倾斜摄影中的注意事项

在无人机倾斜摄影实际操作中，经常会出现建筑物遮挡等问题，无法实现拍摄被遮挡部分的图像内容，此外，受到光照、风力等额外因素，影像存在偏差，有时还会受到其他外在因素导致成像效果较差，要想解决这些问题，可以通过增加拍摄次数，从多个角度与高度进行飞行，尽量减少建筑物的遮挡，要选择天气能见度高的时候倾斜拍摄，保证成像效果，对于地形图测绘要求结果精度高的要求，还可以采用像素更高的相机，确保成像效果。

结束语

通过实践可知，基于无人机倾斜摄影测量技术建立城市大范围三维模型具有丰富的纹理特征和较高的空间精度特征，采用此方法极大的降低了城市实景三维模型建立的成本，并且在数据属性和数据精度方面都满足相关测量规范要求。在实际工作中，相关数据处理也存在两点关键技术，一是在处理纹理匹配过程中需要配置较高的计算机以及较为稳定的数据处理软件；二是在进行数据补测过程中要抓住重点，补测具有代表性的地物或区域。

参考文献

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