空地融合摄影测量在精细化建模中的应用

空地融合摄影测量在精细化建模中的应用

全境富

湛江市高铁新城建设投资有限公司  广东 湛江 524002

摘要:随着计算机和无人机技术的日益成熟，倾斜摄影技术得到了飞速发展，它能快速高效的构建大范围实景三维模型，广泛应用在数字城市、大比例测图及建筑重建等领域。由于倾斜摄影的空中作业模式，导致摄区内存在大量拍摄盲区，此部分无法建模或以拉花方式显示。针对以上不足，本文提出将传统倾斜摄影与贴近摄影测量相结合，构建更加完整、精细的三维模型，并以实例进行验证。由贴近摄影测量技术优化变形、纹理不足的实景三维模型，在小范围内优化、提高模型精度，从而提高测量精度。

关键词：摄影测量；实景三维模型；贴近摄影测量；精细化

引言

通过无人机搭载航测镜头进行倾斜摄影测量能有效获取大面积实景三维模型，获得高精度线画图。直接采用倾斜摄影测量所生产的实景三维模型，因为倾斜摄影测量无人机飞行航线固定、拍摄角度固定，一些地物被遮挡，最终建立的模型，被遮挡部分结构不合理，分辨率不高，纹理不够细腻。在无人机摄影测量后，使用具有云台增稳的无人机，多个角度贴近拍摄地物，使用所获取的照片和倾斜摄影测量的照片一同进行空中三角测量产生的点云数据生成模型，可以解决拍摄盲区造成的模型拉花、分辨率不高造成的模型精度不高等问题。我们在对湛江市雷州市某村庄进行1:1000大比例尺地形图倾斜摄影测量后，单独使用贴近摄影测量对该村私塾进行三维重建为例，基于航空摄影测量后，采用Context Capture软件内业处理，建立实景三维模型，融合贴近摄影测量和倾斜摄影测量的照片数据，精细化目标模型。

1 摄影测量技术原理

1.1 倾斜摄影测量

倾斜摄影测量要无人机需搭载航摄相机获取地物的影像信息，通过从一个垂直、四个倾斜、五个不同的视觉同步采集影像，获取到丰富的建筑物顶面及侧视的高分辨率纹理。不仅能真实反应地物情况，高精度地获取物方纹理信息，还可通过先进的定位、融合、建模等技术，生成真实的三维模型[1]。倾斜摄影测量技术作为一个新兴的技术方法在三维建模和工程测量中有广泛的前景，能实现快速测量大比例尺地形图，是具备很大潜力的作业方式[2]。

（1）共线方程

共线方程是指把相片的像点、实际地物的物点和投影中心描述成一条连线的数学表达式，共线方程是摄影测量最重要的公式，可求出实际地物准确的空间位置[3]。为保证共线方程的建立，准确的外方位元素和相机的内方位元素是必不可少的。

（2）影像匹配融合

影像匹配就是把多张不同角度、不同位置相片的重叠位置，进行信息提取，求出重叠位置物点的实际空间坐标。影像匹配的方法有很多，其中大致分为基于坐标信息的方法、基于灰度信息的方法、基于变换域的方法和基于特征信息匹配的方法。在主流的航测内业软件中，主要流行基于特征信息匹配的方法[4]。

1.2 贴近摄影测量

贴近摄影测量以面向对象的摄影测量，利用多旋翼无人机贴近摄影可获取超高分辨率的影像。指贴近目标5米到50米左右拍摄，更高分辨率的影像携带目标建筑的细节信息，可用于精细化目标模型，可高精度还原地表和物体的精细结构，所生成的三维模型可提取高精度的地理信息。相较于倾斜摄影测量，贴近摄影测量不局限固定的拍摄距离、拍摄面，主要针对于物体的面进行摄影。贴近摄影测量是精细化对地观测需求与旋翼无人机发展结合的必然产物，其技术支撑来源一方面是无人机云台姿态控制能力，另一方面是无人机高精度定位技术[5]。在滑坡检测、城市精细化重建、古建筑重建、水利工程检测等方面都有较大的应用前景。

1.3 空地融合建模

在测区范围内，倾斜摄影测量任务完成后，再采用贴近摄影测量的摄影方式对特定目标建筑进行多角度不同距离贴近拍摄。使用倾斜摄影测量所获取的影像连同贴近摄影测量所获取的影像一同放入内业软件中进行空中三角测量，使用融合生成点云数据建立实景三维模型，可生成超高分辨率、更多细节的模型。

2 空地融合的应用

测区位于湛江市雷州市，面积0.1km2，地势平坦，村庄规整，最高建筑高30m，没有高大建筑物。项目生产满足1:1000地形图测图精度的实景三维模型，其中该村私塾需要翻新重建。设计采用大疆精灵4RTK系统采集测区实景三维模型，同样采用精灵4rtk贴近摄影测量，技术路线见图1。

图1 空地融合摄影测量流程图

2.1空中摄影测量

使用大疆DJI GS PRO软件，规划航线进行航测作业，获取测区的实景三维模型所需的照片，共采集照片1768张，航线参数见表1。

表1 倾斜摄影测量航线参数

2.2 地面摄影测量

贴近目标建筑物30m的距离以内采集多个角度、不同距离地面私塾贴近影像。保证采集的贴近影像的重叠度在60%以上，相邻两张照片之间的夹角不高于15︒，共127张照片，分辨率达到0.8cm。

2.3 融合处理建模

把所有拍摄的照片一同导入到Context capture软件，导入大疆精灵4rtk自带的相机的内方位元素，刺点后进行空中三角测量。在空中三角测量结束后，检查生成的连接点的空间位置是否正确。使用空中三角测量生成的合格的点云数据生成OSGB模型，模型分辨率满足1:1000测图要求。

2.4 目标建筑模型融合前后对比

由于该村私塾需要翻修，采用倾斜摄影测量获取的2.19cm地面分辨率的影像所构建的模型纹理细节不足、模型结构变形、分辨率不能达到要求。把贴近摄影测量的影像和倾斜摄影测量的影像数据，融合建立实景三维模型，所得模型纹理结构清晰、几何结构正确。

3 结语

本文就采用倾斜摄影测量的方式采集1:1000地形图所需精度的影像后，对需要重建的建筑，采用贴近摄影测量的方式对目标建筑单独航拍，最终生成的模型，纹理结构都非常细致，符合项目需求。在传统航测作业后，根据需求精修模型的方法中，这是一个有效可行的方法，相较于后期修模，采用贴近摄影测量的方式，所花费的时间和费用更少、模型纹理更细致更真实。以采集更多数据的方式精细化模型的方法无疑是更好的选择，具备良好的应用前景。

参考文献

[1] 李安福,曾政祥,吴晓明. 浅析国内倾斜摄影技术的发展[J]. 测绘与空间地理信息,2014,37(09):57-59+62. 

[2] 杨国东,王民水. 倾斜摄影测量技术应用及展望[J]. 测绘与空间地理信息,2016,39(01):13-15+18.

[3] 卞敏.空地一体精细化三维模型构建方法[D].中国矿业大学,2020.

[4] 袁晓鑫.无人机大比例尺测图技术及应用研究[D].安徽理工大学,2019.

[5] 言司.第三种摄影测量方式的诞生[N].中国自然资源报,2019-11-11（005）.

作者简介

全境富（1994.05），男，助理工程师，湛江市高铁新城建设投资有限公司，主要从事城市测绘、数据处理。

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全境富，广东省湛江市霞山区机场路24号，524002，1007897531@qq.com，17377349194。