基于倾斜摄影测量技术的三维数字城市建模探讨

基于倾斜摄影测量技术的三维数字城市建模探讨

万蔚,张军,余成勇,何梦杰

武汉天际航信息科技股份有限公司    湖北  武汉   430200

摘要：无人机倾斜摄影测量能够实现大面积范围内城市地物信息的快速采集工作，从而完成城市精细三维模型的快速构建工作，推进数字城市建设的发展。因此，相关技术人员测量中要善于对出现的问题分析，测量中要不断提高技术应用水平，更好利用无人机倾斜摄影测量技术优化建模方法，不断提升三维建模技术水平，为城市实景三维建模提供更有力的新技术支持。基于此，本文主要分析倾斜摄影测量在城市数字化三维建模中的应用。

关键词：无人机；倾斜摄影；三维数字城市建模

引言：为了与现代化城市建设步调相匹配，我国多个城市在扩建中都引入了数字化城市概念，也就是将全面、真实的三维空间数据应用到城市规划中，力求应用好城市的每一份土地资源，并促使数字化城市建设得到进一步落实。以往在进行城市建模时，通常会使用航空摄影测量技术，然而经实践验证，该技术在获取信息的时候并不完整，工作人员无法知悉详细的地物轮廓，数据真实性也无法得到可靠保证，如此一来，相关测绘工作的开展就会受阻。而倾斜摄影技术问世后，可在无人机上搭载多台传感器，在进行城市测绘工作时通过多台传感器的协调工作，能够对地物信息实现多角度采集，这有助于城市三维数字模型的进一步完善。

1.无人机倾斜摄影技术概述

当前，人们对于地球空间信息的探索进一步深入，并基于遥感学基础研发出摄影测量技术，对于摄影测量的内涵，国际上一致认为其属于非接触城乡系统，需要结合相关测量要求，运用合理手段展开记录、测量及整合分析等相关工作，确保最终得到的数据能够准确反映出地表环境、实物与建筑等信息。随着科技进步，数字化航空摄影测量技术应运而生，利用这一技术进行辅助，可构建出更加真切的模型，帮助工作人员提高测绘效率，且该技术适用于大规模场景的处理，由于自动化程度较高，减轻了工作人员工作量。但因为该技术本身存在着一定缺陷，不利于工作人员获取完整地面信息，而倾斜摄影测量技术的问世，则弥补了这一短板。例如五目相机的应用，鉴于其较高的先进行，可利用航天、航空相关平台完成摄影任务，使工作人员获得清晰的下视影像及斜视影像，且该技术中搭载了GNSS设备，如此一来，在构建城市地理信息时，就可引入三维城市概念，获取更为真实、全面的地理信息。

2.无人机倾斜摄影技术特点

传统摄影测量通常利用正射角度进行地物信息采集，从地物顶部以下视摄影方式进行拍摄，能够对地表地物的顶部特征信息进行充分反映，但无法对地物侧面进行数据采集；倾斜摄影测量能够弥补垂直摄影测量的不足，以一定倾角对地物侧面进行摄影测量，但容易被其他地物遮挡，造成拍摄影像信息缺失。因此在利用无人机进行摄影测量作业时，应采用多基线多视角的航摄形式，尽可能从多个角度获取地物信息，最大程度获取地物完整影像数据，满足三维建模需求。

3. 倾斜摄影测量技术在城市三维建模中的应用

3.1 数据的获取与处理

正式测量之前，需要首先明确测量需求，再以此为基础设计出合理的航线，为了提高测量准确性，所使用的飞行器需要搭载倾斜摄影技术，准备周全之后，再按照相关需求确定航摄时间，如此方可令工作人员获取到清晰的影像信息。完成外业飞行之后，还要在软件的辅助下对数据信息格式进行转化，使之成为涵盖曝光点数据、原始POS数据等信息的综合数据包。只有完成数据转换之后，POS数据才能够进一步融合解算，生成具有高度准确性的.sol文件。随后，再综合、深入地分析该文件与phoneID等文件，并针对这些文件进行相机检校处理便可获取外方位元素，从而为后期进行三维建模奠定坚实基础。

3.2 多视影像联合平差

应用倾斜摄影测量技术时所获取的图片可能会存在几何变形、遮挡等问题，对此，在处理影像数据时，需要应用联合平差技术来对上述问题进行有效解决，同时还可一并完成POS数据格式的转换。运用该技术时，要依次对影像图片展开同名点自动匹配，之后再使用光束法对整体区域网进行平差。具体过程为：首先定义出一个平差单元，将中心投影共线方程作为计算依据，对各光线束在空间的穿插进行调整，最终在模型上实现公共光线最佳交会，再在控制点坐标系中引入这一区域，使地面物体能够以坐标点的形式体现出各自空间位置关系，进而获取到同名点匹配结果。需要注意的是，连接点和连接线倾斜图像也需要进行平差计算，如此方可保证平差结果的准确性。

3.3 构建三维模型

构建三维模型之前，需要将数据格式转化为高密度点云数据，但由于点云数据量的庞大，应运用切块分割法对相关数据进行切割，使之成为若干小块，如此方可建立起白膜三维模型，之后还需确定模型纹理，由此，极大地降低了建模难度。无人机倾斜摄影技术的应用，能够令工作人员最大限度明确测区实际情况，结合影像、地理信息以及GPS定位技术，最终获得的影像能够以坐标信息形式体现出来，而运用纹理映射，就可令三维模型呈现影像纹理，使基于无人机倾斜摄影技术的三维模型具备极高分辨率。与此同时，工作人员在终端运行Smart3DCapture软件，即可知悉城市地面物体诸如楼房等的空间位置与形态，并还原出其真实面貌。由此可见，倾斜摄影技术的应用是构建可视化智慧城市的可靠保证。

3.4 空三加密

空三测量工作的有效开展可提高数据测量精度，这主要基于可在测量数据解算过程中添加一些控制点数据，但控制点的选取需要慎重，一般以航向与旁向航线重叠位置为佳。计算时，需要首先运用平差法计算已知大地坐标、像点坐标控制点等，以使各相片加密点坐标得到解算，如此方可保证全测区所使用误差方程的准确性，再利用该方程计算加密点实际大地坐标等其他数据。

3.5 优化EPS建模

基于PostScript语言的EPS，最终会生成ASCII图形文件格式，需要匹配同样的PostScript打印机方可得到高清晰度图像。但这一格式又分为两种，其中，标准EPS格式有图形与图像格式之分，而目前所运用的PhotoShop仅支持图像格式的EPS文件，cdr虽然支持矢量图的运行，但无法对其进行文字编辑。在对城市进行3D建模时，运用EPS软件可显著提升测区物体信息可靠性，令工作人员掌握更全面的各类型数据信息，防止在应用测量数据的过程中出现失误。此外，由于可对图形进行曲线编辑，测量精度与效率均可得到显著提升。

结束语：

综上所述，社会和科技均呈现出日新月异的发展特点，城市三维建模成为多数城市发展进程中的重要工作，国内外城市在此方面的资金、技术投入不断增加。基于无人机倾斜摄影技术的应用，可解决传统建模方式可靠性不足的问题，但在实际应用中依然有局限之处，值得相关人员在此方面做更深入的探讨。在后续的工作中，相关工作人员要把控好总体发展方向，加强对细节的处理，以用户的需求为导向，为日常生产、生活提供便捷的条件，助力于国家公共事业的发展。

参考文献：

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