天津市测绘院天津市300381
摘要：倾斜摄影测量技术的应用契合市场对三维仿真度的要求，同时如何高效率的获取高质量倾斜影像也是技术实现的难题。鉴于此，文章重点就基于无人机倾斜摄影测量技术的三维建模相关问题进行研究分析，以供参考和借鉴。
关键词：无人机；倾斜摄影；测量技术；三维建模
引言
随着我国经济水平的高速发展，科技水平的不断提高，无人机摄影测量技术得以越来越广泛的使用。无人机航测技术的发展与普及，地形图的航测费用已经接近甚至低于传统方法。利用航测成果，掌握与本专业有关的判释技能，加强各专业间的配合工作，可以促进勘测设计一体化的实现。航测技术在风电场微观选址、道路、线路等设计环节中的充分应用，必将会大大减少外部作业测绘工作量，提高设计工作效率和质量。
1无人机倾斜摄影测量技术概述
1.1无人机技术
无人机是利用无线电遥控和自动程序控制的无人飞机或飞行器，包括固定翼、多旋翼、飞艇、直升机等多个机种。无人机具有机动、快速、经济的优势，其结构简单、机体重量轻、使用成本低、数字化和智能化程度高，应用范围和领域更为广阔，在快速获取国土资源、自然环境、应急救灾现势数据及测绘领域有着突出的效率和优势。
1.2倾斜摄影技术
随着航空摄影技术的创新和发展，倾斜摄影测量技术扩大了遥感影像的应用范围，颠覆了传统航空摄影只从正摄角度采集影像的方式，运用多角度相机同步获取地面物体各个角度高分辨率的航摄影像。运用倾斜摄影测量技术生产的三维模型真实地反映了符合人眼视觉的城市场景，结合GNSS技术，将三维城市纳入城市地理信息框架，展现出全面丰富的地理信息，提升用户体验度的同时大大降低三维城市建模的成本。无人机倾斜摄影测量技术特点如下：第一，无人机飞行高度低，多角度相机组能够多方位、高覆盖获取地物顶面、侧面影像数据；第二，相邻影像间航向重叠度和旁向重叠度高，影像表达内容丰富；第三，少量人工干预，自动化的影像匹配、建模，主要过程由计算机完成；第四，实体侧面纹理可见。传统的数字正射影像图主要获取实体顶部纹理，而倾斜摄影技术能够同时映射侧面纹理；第五，综合成本低，无人机倾斜摄影测量技术在数据采集和城市三维模型生产工作上具有更高的效率，减少时间和人力成本。
2基于无人机倾斜摄影的三维城市建模方法分析
中国、美国及欧洲部分国家正在开展基于无人机倾斜摄影测量技术的三维城市模型生产和应用，对于城市三维建模，无人机倾斜摄影测量技术有以下优势：第一，无人机机动性强、成本低，能够满足多种尺度的摄影测量数据采集；第二，能够快速处理大范围场景的倾斜影像，建立具有高精度的真三维模型；第三，高分辨率影像自动贴图，提高三维模型的生产效率；第四，可量测、可定位的三维模型，模型数据直接进行网络发布和共享应用。无人机倾斜摄影测量技术利用航空影像快速数据获取方法，一次性处理多幅影像，建立区域初始实景三维模型，该技术能够节约大量人工建模时间成本，提高三维城市发展的效率。利用无人机倾斜摄影进行三维城市模型生产流程如下，即在实际的生产处理过程中，受无人机等设备、大气环境及软件算法影响，实际模型会有一定的畸变和错误，引起视觉误差和应用障碍。主要的模型畸变及原因有无人机姿态变化和颠簸影响影像重叠度、几何畸变等，造成模型凸包、破洞等；大气环境噪声引起的模型飞面、凸包等；不同时段光照引起的模型纹理不均匀、破洞等；像主点落水而引起的水面缺失等；影像分辨率不足或影像模糊而引起的地物模型边缘平滑等。引起模型缺陷的原因是多样化、复杂的，这也是当前阶段下基于无人机倾斜摄影测量技术进行三维城市建模所面临不可避免的问题，采用无人机倾斜摄影测量技术快速、高效生产三维城市模型并提高三维城市模型质量是亟待解决的问题。
3倾斜摄影测量技术在三维数字模型建模中的应用
3.1IMAGIS城市三维建模过程
3.1.1提取数据
按照地图比例尺1：2000的比例，提取城市每一个景观地面的高程、高度、平面信息、底面边界特征等信息，然后筛选出其中有用的数据信息，并将这些采集到的信息进行保存，通过计算机系统将这些信息转化成为DXF文件。
3.1.2建立景观模型
有关人员根据采集到的信息，按照城市的土建信息、城市规划图等进行匹配，将Mapinfo等数据信息导入，并用tab形式将数据信息保存，然后用程序拓扑处理景观数据，将其中能够匹配的数据信息保存，最后用MIF格式保存下来，便于后期IMAGIS软件的分析和应用，之后再进行景观拉伸，这个过程需要有关人员将数据信息导入到IMAGIS软件中，然后在对这些景观进行拉伸，这样就可以提取景观高程、顶部数据信息，将顶部信息拉伸到地面的DEM中，建立一个底面不存在的半封闭式五面体。
3.1.3建立地形模型
三维地形模型通过倾斜摄影测量获得了底面信息，而有关人员将底面信息与半封闭五面体叠加在一起就获得了一个地形模型。而在IMAGIS三维模型中，必须要匹配的影像资料作为底面纹理，并将其叠加映射DOM中。
3.2采集纹理和粘贴纹理信息
3.2.1纹理采集方式
纹理采集方法如下：第一，现场摄影。在构建三维模型的过程中，其主要的信息就是地物，同时地物也是城市建筑、交通等重要信息，这些地物侧面纹理信息，通过数码相机在现场拍照获得，然后通过数字地形图或者城市规划设计图中获得平面坐标信息。此外，其还可以用专业的测量高度仪器获得；第二，航天航空遥感设备。地面纹理数据信息和地物高程信息可以通过航天航空摄影技术获得，比如无人机倾斜摄影测量技术。无人机倾斜摄影测量系统由飞行控制系统、传输系统、地面设备、地面监控系统等构成。在无人机拍摄之前，根据所测需要地物，设定无人机飞行的航线、航高，无人机按照规划的航线拍摄，然后将拍摄的数据信息进行整理，拍摄数据是否符合测量要求，如果不符合再次飞行测量。
3.2.2粘贴纹理信息
三维数字模型建立以后，这些纹理信息并没有存在模型上，还无法真实地反映出城市三维特征，所以需要将纹理信息粘贴到建筑物的顶面或者墙壁。纹理信息要粘贴到三维模型的各个层面上，一些比较大的三维模型无法用一张照片覆盖，则需要照用分块摄影的方式处理，将其划分为多个照片，然后通过PS软件进行拼接和编辑。
4优化方法的建模实践
利用上述基于无人机倾斜摄影测量成果的城市三维模型质量优化方法，我们在试验区进行了三维城市建模的实践和验证。该项目结合无人机倾斜摄影测量技术和传统建模技术的优点，利用无人机低空飞行采集目标物顶部高清序列影像，解决了倾斜摄影实景模型细节补充和精细建模的问题，丰富了建模数据采集的手段，满足了项目对各类数据精度的需求。
结束语
综上所述，本文主要提出的人工干预方法和空三成果的辅助应用建模优化方案已经在工程和应用项目中进行了验证，对模型中有明显缺陷和不足的局部进行模型修改和重建，大大提升了三维城市模型生产的质量和效率。
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