基于空地一体化的实景三维模型在智慧旅游的应用

李伟鹏 陈金允

广西壮族自治区自然资源遥感院， 广西 南宁 530023

摘要：旅游行业与测绘地理信息行业的融合，最直接的体现在于旅游地图。传统旅游地图存在精度较低、内容不够丰富、交互性不高、信息量有限等不足。本文基于无人机倾斜摄影测量空地一体化建模技术，建设高精细化实景三维旅游景区，使游客足不出户也可欣赏旅游景区的美丽风光。

关键词：倾斜摄影测量；空地一体化；实景三维；智慧旅游；

1引言

近年来，测绘地理信息技术高速发展，取得了许多突破性的成绩，数字化、信息化的测绘地理信息成果在服务社会和民生上积极作为，在保障国民经济发展和便利人们生产生活上起到越来越重要的作用。测绘地理信息与旅游行业之间的融合也越来越深，为旅游管理部门、涉旅企业和游客的旅游信息获取服务产生极大便利，促进旅游行业的信息化发展。旅游行业与测绘地理信息行业的融合，最直接的体现在于旅游地图。目前，旅游行业投入使用较为广泛的旅游地图有各景区、交通集散地展示的旅游导览图，这些地图对旅游的服务、管理、营销起到了一定作用，但同时这些地图存在精度较低、内容不够丰富、交互性不高、信息量有限等不足。

2研究概况

本文结合桂林靖江王城景区三维建模试点，围绕倾斜摄影实景三维建模技术，对空地一体数据获取、数据处理等技术进行研究，即联合航空倾斜摄影与近景摄影进行空地融合的精细化建模，该方案弥补了无人机倾斜摄影测量和地面近景摄影测量各自的缺点，^[1]解决了一般实景三维建模常见的遮挡、拉花、变形、模糊等问题，生产了高精细化的景区实景三维模型，获取旅游景区全方位的视觉信息，给游客一种人未达身先至的体验感。

3 数据获取及处理

3.1技术路线

使用无人机搭载五镜头获取景区整体的多视角影像，并采用手持相机近距离拍摄景区局部高清特写纹理，针对结构精细复杂且空中和地面拍摄易被遮挡区域，采用机动性较好的大疆精灵4pro拍摄近空影像。对以上三种手段获取的多源影像经过联合空三加密处理后，生成测区三维模型，在此基础上，通过三维建模软件对场景模型进行必要修饰，即完成三维模型生产。

3.2数据获取

本次研究的内容关键点之一在于如何有效采集精细数据。采用“高空大面积航线法”、“低空手动叠加法”、“局部针对性环绕法”采集等方法，并且根据被测对象的不同采用“环内环”、“上下环”等不同采集模式，并进行地面手动拍摄。^[2]

（1）无人机倾斜摄影。因景区内山峰高度约70米，为同时满足高分辨率和保障飞行安全，采用大疆M600pro搭载睿铂DG3五镜头，同时从1个垂直、4个倾斜共5个不同视角获取影像，航摄分辨率优于2cm，航向重叠率/旁向重叠率分别为80%/75%。

（2）地面手持相机摄影。为避免屋檐遮挡、树木遮挡等问题，利用单反相机近距离获取建筑物的高精细纹理。为使获取到的照片与无人机照片有效融合，拍摄时应遵循以下原则：①按顺序基站拍摄，避免遗漏；②拍摄时确保连续的前视图和侧视图之间重叠率为60%以上。

（3）无人机近地摄影。为提高航摄分辨率，同时为了提高后期内业空三解算的成功率，利用机动性较好的小型多旋翼无人机对景区重点区域进行拍摄，通过环绕拍摄、定点拍摄等方式获取建筑各个面的高清纹理，如图1所示：

图1无人机定点和环绕拍摄示意图

（4）像片控制测量。根据项目精度要求，在测区四周及中间均匀布设6个像控点，点位选择裸露的地面点，点位周边2米范围内，地面相对平坦，无地形突变，尽可能保证倾斜摄影五个方向均可通视该点。

3.3数据处理

本次研究的关键点之二在于如何处理多源数据融合空三加密问题。项目采用ContextCapture Center（CC）进行空三、建模处理。该软件的特点是操作简单，模型结构较好、纹理清晰，不足之处是多源影像匹配成功率不高，常出现分层情况，需人工干预。

（1）空三匹配。对所有照片进行连接点的自动匹配、人工补点、控制点的转刺、点位调整、平差计算等操作，直到每个区域网的平差结果满足要求。通常CC在计算不同数据源的时候，由于曝光点位姿态不佳、分辨率不同、重叠率不足等原因，有可能导致空三整体失败或者部分失败，具体表现为空三无法完成或者部分照片无法连接。根据项目实际情况，可采取两种解决方案：①首先对无人机拍摄的测区整体进行空三处理，然后根据已经解算的精确点位，对无人机补拍的和相机拍摄的照片单独空三加密，最后将不同的Block数据源进行合并即可；②对所有照片进行自动匹配，对丢失的照片和匹配精度不好的照片人工添加连接点后整体空三处理。

（2）构建模型三角网。有效利用多视匹配的信息，由软件获取多视影像上的同名点坐标，进而获取地物的高密度三维点云数据，并基于该点云构建模型三角网。

（3）模型纹理映射。建模软件CC可自动计算三维模型的每个三角形与影像中对应区域之间的几何关系，找到每个三角形面在纹理影像中对应的实际纹理区域，实现三维模型与纹理图像的配准。在纹理映射前，对影像进行手动或自动匀光匀色，使通过不同设备获取的影像在色调和明暗度方面尽可能一致，随后即可为带纹理的模型建立多细节层次（Level of Detail,简称LOD），转换为OpenSceneGraph格式，即以后缀名*.osgb存储。

^[3]

（4）模型修饰。倾斜摄影三维模型由于错误的影像匹配或者较差的几何姿态，一般都会存在不同程度的模型结构变形、漏洞，纹理拉花、错乱等，因此为了达到更好的视觉效果，必要时需对模型进行修饰，如水面修复、删除悬浮物和纹理修饰等。

经外业获取照片和内业空三建模处理后，最终建设完成景区高精细的实景三维模型，效果如图2所示：

图2景区三维模型整体及局部特写效果

4应用及展望

4.1应用

（1）依托空地一体化的实景三维建模技术，可将景区高精细化的还原到电脑，全方位展现景区美丽的风光和文化，游客在高精细的实景三维环境中，足不出户也能一览万里之遥的美景风光。

（2）将矢量注记数据、影像数据、POI数据、交通数据以及景点数据等地理信息数据与实景三维模型叠加，打造集导览、监管、指挥于一体的智慧旅游平台。

（3）利用智能视频监控终端等各种传感设备，结合实景三维模型对景区内的实时情况进行智能化管理，对各种突发安全情况进行监控和应急处理，及早采取防范措施，确保景区内人、财、物的安全。

4.2展望

受限于实景三维数据体量过大的问题，目前尚无法直接将三维景区直接通过互联网的途径推送给游客。未来，在解决实景三维轻量化、数据发布、数据传输问题之后，游客可通过打开网页甚至通过手机端即可遍览各个景区，实现景区实景二三维随意切换、漫游及导览等功能，更可以通过VR进行体验式游览，身临其境地感受大地之美。

参考文献：

[1]邱春霞，张巧玲，董乾坤，刘荣华．无人机倾斜影像三维建模中的空地融合研究[J/OL]．测绘地理信息. https://doi.org/10.14188/j.2095-6045.2019095

[2]张小宏，马立华.陈丰田，韦树刚，王娜. 基于多源数据融合的高精细实景三维建模技术[J].测绘工程,2019,28(4):68-71.

[3]鲁丽. 倾斜摄影在旅游风景区三维建模的应用探讨[J].江西测绘,2020,124(2):19-21.