探析無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在城市三維建模中的應(yīng)用

摘要：有關(guān)學(xué)者提出使用無(wú)人機(jī)搭載照相機(jī)，使用遙控飛行器對(duì)實(shí)地進(jìn)行不同角度的影像高效迅速地?cái)?shù)據(jù)采集，進(jìn)行三維模型的建立，真實(shí)地反映地面的客觀情況。傾斜攝影技術(shù)所建立的三維模型可真實(shí)反映地物的外觀、坐標(biāo)、高程等信息；借助無(wú)人機(jī)，可迅速采集影像數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化三維建模。研究使用無(wú)人機(jī)對(duì)三維模型建模及其建模質(zhì)量效果在如今數(shù)字城市與智慧城市應(yīng)用以及三維測(cè)繪領(lǐng)域中有著重要意義。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)；傾斜攝影測(cè)量；城市三維建模；應(yīng)用

1傾斜攝影測(cè)量特點(diǎn)

第一，能夠真實(shí)反映周圍物體的真實(shí)情況。與正射影像相比，傾斜攝影讓人從多個(gè)角度去觀察事物，能夠更加真實(shí)地反映出事物的實(shí)際情況，從而彌補(bǔ)了正射影像的局限性。第二，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)單張攝影量測(cè)。通過傾斜攝影測(cè)量技術(shù)和配套的軟件，能夠?qū)z影影像的高度、面積、長(zhǎng)度、角度和坡度等進(jìn)行量測(cè)。第三，可以采集建筑物側(cè)面信息。在三維數(shù)字城市應(yīng)用中，利用傾斜攝影技術(shù)大規(guī)模成圖的特點(diǎn)，從傾斜攝影批量提取相關(guān)紋理信息，降低了城市三維建模的成本。將傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用在城市規(guī)劃、城市管理、軍事活動(dòng)等領(lǐng)域，具有其他數(shù)據(jù)無(wú)法取代的價(jià)值。傾斜攝影測(cè)量能夠讓指揮者和決策者看到比正射影像更多的影像資料，例如，傾斜影像測(cè)量能夠看到房屋一些側(cè)面的安全出口，傾斜影像任意兩點(diǎn)之間都可以通過軟件進(jìn)行精確的計(jì)算，在城市反恐活動(dòng)中，能夠計(jì)算通視距離、制高點(diǎn)等，另外，在解救人質(zhì)等緊急行動(dòng)中，也能更好地輔助決策。

2無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)

2.1多視影像聯(lián)合平差

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用過程中使用了新的多視影像聯(lián)合平差技術(shù)，可以有效解決傳統(tǒng)的測(cè)量系統(tǒng)在數(shù)據(jù)處理方面的不靈敏等問題，以合理方式處理影像之間的遮擋關(guān)系，及時(shí)確定合理的連接點(diǎn)和連接線等，提高了成像結(jié)果的準(zhǔn)確度。

2.2多視影像密集匹配

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在應(yīng)用過程中使用了多式影像密集匹配技術(shù)，該類技術(shù)可以有效提高攝影測(cè)量的分辨率，其覆蓋的面積范圍也明顯增大。在利用該技術(shù)開展匹配的過程中，可以及時(shí)對(duì)各類多余的信息進(jìn)行研究，通過明確坐標(biāo)點(diǎn)的位置，可以獲取地面物體的準(zhǔn)確三維信息。通過多元影像密集匹配技術(shù)，可以利用建筑物的側(cè)面等來提取各類信息，建筑物的邊緣信息和文理信息等也可以被充分利用起來，繼而形成相對(duì)完善的二維數(shù)據(jù)，通過該技術(shù)將其轉(zhuǎn)變?yōu)槿S數(shù)據(jù)，建筑物的高度和輪廓信息等可以及時(shí)提取出來。

2.3模型生成和影像糾正

在多視影像技術(shù)的幫助下，可以及時(shí)將地面建筑物的各類數(shù)據(jù)掃描表達(dá)出來，繼而形成相對(duì)較為全面的數(shù)字表面模型。但是在實(shí)際測(cè)量建設(shè)工作開展過程中，受到角度和尺度的差異，很可能出現(xiàn)建筑物遮擋以及陰影等現(xiàn)象。為了降低概率因素對(duì)數(shù)字表面模型造成的影響，應(yīng)當(dāng)及時(shí)利用影像外的方位元素來開展匹配設(shè)計(jì)工作，結(jié)合當(dāng)前比較相對(duì)的算法等開展各項(xiàng)計(jì)算，提高計(jì)算效率的同時(shí)合理確定建筑物的高度等相關(guān)數(shù)據(jù)，保障三維建模工作的精確性。在獲得了高密度的數(shù)據(jù)之后，應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行濾波處理等工作，將不同的匹配單元融合起來，形成整體統(tǒng)一的數(shù)據(jù)。在利用多式影像技術(shù)開展各項(xiàng)工作的過程中，應(yīng)當(dāng)及時(shí)對(duì)屋頂重建等幾何信息進(jìn)行提取，結(jié)合其他相關(guān)技術(shù)來開展信息優(yōu)化等工作，制定合理的全局優(yōu)化措施，合理開展均光處理，保證各項(xiàng)工作的有效性。

3無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用

3.1為智慧型城市建設(shè)打基礎(chǔ)

智慧型城市建設(shè)是新時(shí)期國(guó)家提出的新的城市建設(shè)要求，但是，智慧型城市建設(shè)對(duì)三維建模技術(shù)等要求相對(duì)較高，因而其建設(shè)速度相對(duì)較慢，在引入了無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)之后，可以實(shí)時(shí)開展城市三維建模工作，快速提取城市中的各類信息，繼而形成精確合理的城市三維模型影像，為后續(xù)各項(xiàng)工作合理開展提供必要的數(shù)據(jù)。同時(shí)，利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)還可以完成定時(shí)定向搜索等目標(biāo)，滿足智慧型城市的定向建設(shè)等要求，一定程度上加快了智慧型城市建設(shè)的速度。

3.2三維建模

三維建模是傾斜攝影測(cè)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，建模的質(zhì)量直接影響后期的應(yīng)用效果。例如，通過無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量后，獲取了某市測(cè)繪區(qū)域的原始影像數(shù)據(jù)資料。在拍攝過程中，受到光線、拍攝角度的影響，原始影像資料在飽和度、亮度和色相方面存在一定的差異，所以要對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一處理。通過校驗(yàn)場(chǎng)對(duì)POS系統(tǒng)進(jìn)行校驗(yàn)，然后對(duì)POS數(shù)據(jù)解算，利用POS數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、地面控制點(diǎn)數(shù)據(jù)得到每一張航片的精確方位元素。通過垂直影像、傾斜影像數(shù)據(jù)、三角測(cè)量技術(shù)，以及影像密集匹配技術(shù)，得到基于真實(shí)影像高密度點(diǎn)云的實(shí)景數(shù)字表面模型數(shù)據(jù)。然后，將統(tǒng)一化處理的影像數(shù)據(jù)資料以像素級(jí)別的分辨率紋理映射到實(shí)景數(shù)字模型的表面，生成一個(gè)初級(jí)全要素的城市三維模型圖。在這個(gè)環(huán)節(jié)，需要借助一些三維建模軟件，常見的有3Dmax、AE、Smart3DCapture等軟件。最后通過一些輔助手段對(duì)三維模型圖進(jìn)行修改、補(bǔ)漏和細(xì)化處理，從而得到一個(gè)比較全面、精細(xì)的城市三維模型。該市智慧城市測(cè)量中使用了Smart3DCapture三維建模軟件，Smart3DCapture是目前最先進(jìn)的全自動(dòng)三維建模軟件，它通過簡(jiǎn)單的照片就可以生成高分辨率的真實(shí)三維模型，整個(gè)過程不需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)，生成速度非常快，一般需要幾十分鐘或者幾個(gè)小時(shí)就可以完成數(shù)據(jù)處理，建立簡(jiǎn)單、全自動(dòng)、真實(shí)的實(shí)景真三維模型，而且這種軟件的兼容性非常好，可以輸出不同格式。該市的智慧城市測(cè)量中無(wú)人機(jī)使用了一個(gè)垂直鏡頭和兩個(gè)傾斜鏡頭，設(shè)計(jì)了14條航線，獲得了30000km2內(nèi)的高分辨率的地物影像資料，共有數(shù)據(jù)資料7G。通過Smart3DCapture軟件的強(qiáng)度計(jì)算能力，結(jié)合GIS技術(shù)、三維仿真技術(shù)和可視化技術(shù)，可以得到一個(gè)逼真、實(shí)景的三維模型。

4結(jié)語(yǔ)

總之，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)憑借其高性價(jià)比和精準(zhǔn)測(cè)量度等優(yōu)點(diǎn)，在新時(shí)期社會(huì)發(fā)展過程中得到了極為廣泛的應(yīng)用，其發(fā)展速度也逐漸加快。有關(guān)人員必須加強(qiáng)對(duì)該技術(shù)的重視，積極將該技術(shù)推廣到其他領(lǐng)域中，以創(chuàng)造更為先進(jìn)有效的測(cè)量技術(shù)。

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（作者單位：河北省地礦局第八地質(zhì)大隊(duì)）

作者簡(jiǎn)介：王冰（1986.8—），男，河北秦皇島人，黑龍江工程學(xué)院本科畢業(yè)，單位： 河北省地礦局第八地質(zhì)大隊(duì)，測(cè)繪工程師，研究方向：航測(cè)。