三維城市建模中的無人機傾斜攝影測量技術應用

劉顯州

摘 ?要：技術的發展不斷推動著社會生活的全方位變革，隨著無人機傾斜攝影測量技術的不斷進步，其應用的范圍和領域也逐漸擴大，在城市實景的三維建模上，無人機傾斜攝影測量技術的作用日益突顯，其在獲取影像的質量、效果、速度上都有著無可比擬的優勢，應用前景十分廣闊。基于此，本文就其進行簡要的介紹，指出無人機傾斜攝影測量技術的應用優勢，并進一步探討無人機傾斜攝影測量技術在三維城市建模中的應用路徑，以此為城市的智慧建設、創新發展提供有益的借鑒。

關鍵詞：無人機傾斜攝影 ?三維城市 ?無人機 ?應用

中圖分類號：P231 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2021）04（b）-0028-03

Application of UAVT Tilt Photography in 3D City Modeling

LIU Xianzhou

（Henan Sida Testing Technology Co.， Ltd.， Xuchang， Henan Province， 461000 ?China）

Abstract： The development of technology constantly promotes the changes in all aspects of social life. With the continuous progress of UAV tilt photography technology， its application scope and field are gradually expanding. In the three-dimensional modeling of urban real scene， the role of UAV tilt photography technology is increasingly prominent， and UAV tilt photography technology has a great influence on the quality， effect and speed of image acquisition Incomparable advantages， the application prospect is very broad. Based on this， this paper briefly introduces the UAV tilt photography technology， points out the application advantages of UAV tilt photography technology， and further discusses the application path of UAV tilt photography technology in three-dimensional city modeling， so as to provide useful reference for the wisdom construction and innovation development of the city.

Key Words： UAV tilt photography; 3D city; UAV; Application

所謂的三維城市建模，就是利用技術手段將城市地表的景觀、景物進行全方位的三維立體化的展示，這種模式下能夠實現對城市信息的全方位、多角度的記錄和展示，在城市的規劃環節、創建環節、維護環節，以及應急管理環節都有著重要的作用，在經濟價值和實用價值上都十分的突出。三維城市建模是事關城市的發展與運行的重要環節，具有重要的發展價值和意義。

1 ?無人機傾斜攝影測量技術基本情況概述

1.1 什么是無人機技術

所謂的無人機技術就是利用無線電技術[1]，實現對無人機的遠程遙控，在無人機的硬件構成上主要有機翼、機體及螺旋槳，無人機由于操作便捷、速度快、費用低，受到人們的青睞，所應用的領域也越來越廣泛[2]。

1.2 什么是傾斜攝影測量技術

傾斜攝影測量技術是一種多技術融合的產物，將定位、攝影等進行融合，顛覆了傳統的局限于正面垂直攝影的局限性，通過將其與其他物體的捆綁，實現多角度、全方位、準確快速地捕捉攝影，使用戶獲得最真實、立體的觀感體驗[3]。這種傾斜攝影測量技術由于獨特的優勢，應用于三維城市建模中，能夠提升模型的真實感、體驗感，并且能夠有效地節省成本。

1.3 無人機傾斜攝影測量技術

1.3.1 多視影像聯合平差

多視影像聯合平差技術是無人機傾斜攝影測量技術中的一種新興的技術，這種技術的應用能夠提升數據處理的準確性和靈敏度，并且能夠將影像之間的遮擋關系進行合理的處理，對于連接點和連接線的確定也能更加及時、準確，大大提升了成像效果的準確度，使得城市的三維建模的質量和效率得以保證。

1.3.2 多視影像密集匹配

多視影像密集匹配技術的主要應用優勢在于能夠使攝影測量的分辨力得以提升，并且在覆蓋的面積范圍上也能夠顯著的提升。這項技術的應用主要是通過對坐標點位置的確定來進行的，并且在使用的過程中能夠對各類多余的信息進行分析研究，通過建筑物的側面影像和一些邊緣信息的疊加，進一步提升信息的使用效率。將邊緣信息加工成比較完善的二維數據，然后進一步轉變為三維數據，這樣就能夠獲得建筑物的高度、輪廓等信息，形成了一個比較全面的數字表面模型[4]。

1.3.3 模型生成和影像糾正

多視影像密集匹配技術下生成的數字表面模型，在實際的操作中，由于角度、尺度的影響，有時會發生遮擋或陰影等現象，這時就需要利用影像外的方位元素對其進行完善，使其能夠得到更為精確的三維模型，將高密度數據繼續過濾處理，并將不同單元的數據進行融合重組，使之成為一個完整的整體。同時要注意采用一定的技術對數據的信息進行優化處理，保證建模工作的全局性、準確性，不斷提升城市三維建模工作的質量。

1.4 無人機傾斜攝影測量技術的技術特點

1.4.1 多角度測量，準確性高

使用無人機傾斜攝影測量技術時，操作者能夠根據實際的情況進行貼近拍攝，并且能夠自由地變換角度，隨意切換機組，這種多角度的攝影、測量，使其測量的結果更加準確。并且在多角度的測量之下，彼此距離較近的影像會產生重疊，這些重疊的影像能夠進一步起到校正的作用，提升了準確性。

1.4.2 自動化程度高

無人機傾斜攝影測量技術的整個過程完全由計算機進行遠程地控制，這一過程減少人為干擾，通過電腦實現自動化的匹配，有效地提升工作效率。

1.4.3 實物紋理清晰可見

使用傳統的攝影技術進行拍攝時，受限于技術和角度，往往只能獲取實物頂部的紋理題型，而無人機傾斜攝影測量技術的多角度，能夠將實物的側面紋理也清晰的展現出來，這種技術的作用下，整體的模型更加逼真，使人的真實感、體驗感得以提升。

1.4.4 成本低

無人機傾斜攝影測量技術在進行信息的采集與建設過程中的效率比較高，這種高效的模式之下，能夠在最大程度上減少人員和其他物力的開支、使用，并且無人機傾斜攝影測量技術的應用范圍廣，綜合能力強，因此，在使用的過程中有效地減少了開支。

2 ?無人機傾斜攝影測量技術的應用優勢

2.1 方便快速，有效的降低成本

在傳統的三維城市建模過程中，最常使用的就是測量建模的方法，首先由外業人員進行手工拍照來得到相應的建筑物的結構和紋理，然后內業的人員進行相應的處理，使用一些正攝影影像、測區的平面矢量圖等數據建立起白膜，再將攝影的紋理進行進一步的分析得到模型的細節結構，將拍攝的紋理結構進行處理貼到白膜上，整個過程工藝復雜、工作強度大、生產的成本也十分巨大，雖然能夠在精細度方面有顯著的提升，但是在生產效果上難以保證，所需要的生產、制作的周期比較長，這種模式之下，難以滿足大范圍、快速建模的需要。

2.2 立體管理，提升服務的質量

無人機傾斜攝影測量技術能夠有效的實現虛擬與現實之間的對接，實現將人口、房屋從小到大，從二維到三維的立體管理，這種立體化的模型構建能夠有效提升城市管理與運營的質量和效果，同時，在城市的信息運行、凝聚結合以及融合發展的能力和水平上也能得到進一步的升級。除了基礎的人口、房屋的基本信息，還能進一步將編排信息、管理批復信息和調查核實信息等進行統籌安排。

3 ?三維城市建模中的無人機傾斜攝影測量技術應用

3.1 三維城市建模中的無人機傾斜攝影測量技術應用過程

無人機傾斜攝影測量技術在三維城市建模中的應用過程主要分為3個主要步驟，第一步，通過無人機對整體實現不同角度的攝影測量，在這之前需要對無人機的飛行數據、遙感影像數據、高度等進行調試和確定，對無人機的機型、大小、電池狀況等準備工作提前做好，并設定好相應的拍攝航線。第二步，對采集的圖像進行快速處理，并據此建立起初步的三維模型，無人機傾斜攝影測量技術中的自動貼圖功能能夠快速、準確的完成這一步驟。第三步，對初步完成的三維模型進行準確地定位和測量，將模型進一步補充完善，最終完成三維城市建模，并且，在這一過程中要實現與網絡端的同步。

3.2 三維城市建模中的無人機傾斜攝影測量技術應用中的問題

在實際的操作過程中，由于設備、環境、數據等方面偏差或失誤，可能會造成一定的應用失誤，具體而言，在三維城市的建模過程中，可能出現失誤的原因有以下幾個方面。第一，由于無人機導致的失誤。這主要體現在無人機的運行姿態上，由于無人機的運行顛簸而導致無人機出現影像重疊，僅為使得模型產生破洞或鼓包的現象。第二，由于外界環境造成的失誤。在大氣環境中會存在一定的噪聲，這些噪聲達到一定的程度就會導致模型出現凸包、飛面等問題。并且由于光照的影響，不同的時間段，建筑物實體所呈現的效果不同，于是模型的紋理會有一些不均勻等方面的問題[5]。

3.3 三維城市建模中的無人機傾斜攝影測量技術的應用優化

上述問題的產生大都屬于一些不可抗的客觀因素，但是如果不能妥善處理，就會造成模型的畸變，是三維城市的建模無法得到標準，一般來說，針對一些細節性的問題，例如紋理不均勻，往往采用細部整修或紋理修補的方式進行改善，在后期對模型中的不均勻的地方進行修飾。這種方式往往成效比較低，在確保結構修復效果的基礎上提升模型紋理提取的效率對于整體的效率提升具有重要的意義。一般來說，會使用空三加密。空三加密就是根據控制點的分布情況，使用立體測圖技術獲取有效的平面位置和高度，在空三加密的整個過程中都需要無人機傾斜攝影測量技術的支持，經過空三加密后的影像能夠得到精準的定位，使整體建模的準確性更高，進一步提升了三維城市建模的質量和效率，使整個過程更加高效。在進行三維城市建模的過程中需要一些輔助性的系統，以空三加密為核心的模型輔助系統的能夠通過同名點搜索、自動提取等對存在問題的原始模型進行改善，大大提升了效率。在模型的紋理不均勻的處理上，借助加密點和傾斜影像能夠實現對模型紋理的定向進而建模，減少了人工的勞動，并且通過對不同影像進行對比分析和穿刺處理，能夠將其中的變形圖像、問題圖像進行剔除或修正，先在經過空三加密后的影像上繪制出一定的結構線，然后使用拉伸等方式實現三維模型的制作。最后通過自動貼圖，將場景應用與模型之上，完成整體的三維城市模型。

4 ?三維城市建模中的無人機傾斜攝影測量技術應用前景展望

隨著智能化、自動化的不斷推進，各種新型技術層出不窮，三維GIS技術的逐漸成熟更是使三維城市建模技術的發展更加未來可期。三維城市建模的應用領域和應用前景十分廣泛，在國土資源的調查管理、城市交通的調度安排、城市人口房屋等的管理安排等都能夠見到三維城市建模的身影，在技術的作用下，大大提升了辦事的效率，節約了審批的時間，使市民的城市生活更加的便捷[6]。從二維到三維，再從三維到實時的多維是技術未來的發展趨勢，這種實時的動態表現形式能夠進一步將現實的建筑物全面、準確、實時的傳輸到計算機系統中，在未來的發展中實時、動態、多維是其發展方向，這種模式能夠使得無人機傾斜攝影測量技術在地理信息的展示方面的優勢發揮的更加淋漓盡致，不僅提升測量的效率，而且能夠提升信息利用率，在未來的發展中，無人機傾斜攝影測量技術在三維城市建模中的應用范圍必將更加廣闊，進而發揮出更大的價值。

5 ?結語

三維城市建模中的無人機傾斜攝影測量技術應用提升了建模的速度，節省了建模的時間，提升了建模的效率，具有極高的應用價值。然而，目前無人機傾斜攝影測量技術在三維城市建模中的應用也存在著技術尚不完善，水平有待提高等問題，這些問題使得無人機傾斜攝影測量技術優勢沒有得到充分地發揮。在未來的發展中，要從細節入手，對技術進行不斷地完善，提升無人機傾斜攝影測量技術對環境的適應能力，提高無人機傾斜攝影測量技術的精準度，使其在三維城市建模中發揮更大的作用，更好的完成相應的任務，使技術的發展成為造福百姓的工具，提升無人機傾斜攝影測量技術的質量和效果，拓展應用的領域，使其發揮出更大的價值和更強的作用。

參考文獻

[1] 付博，陳姍，張俊.無人機傾斜攝影測量技術在三維數字城市建模中的應用[J].湖南工業大學學報，2019，33（5）：79-82.

[2] 李國棟.無人機傾斜攝影測量在城市三維建模中的應用[J].地礦測繪，2019，2（5）：137-138.

[3] 李顏均.無人機傾斜攝影測量技術在城市三維建模中的應用探究[J].建筑工程技術與設計，2018（9）：598.

[4] 趙萬鵬.無人機傾斜攝影測量技術在三維城市建模中的應用[J].城市建設理論研究：電子版，2018：110.

[5] 石越.基于傾斜攝影測量技術的沉降觀測與土方計算[D].南昌：南昌大學，2020.

[6] 吳熠文.基于無人機傾斜攝影測量的建（構）筑物三維形貌測量技術[D].長沙：湖南大學，2019.