無人機傾斜攝影測量技術在三維數字城市建模中的應用研究

摘要：本文介紹了三維數字城市建模中采用無人機傾斜攝影測量技術的應用，如增強體驗真實感、改善智慧城市建設及改進電力設計等，并以某圖書館航拍為例，詳細研究了傾斜攝影技術在三維數字模型中具體運用，從而增進人們對該項技術的了解，保證智慧型城市的整體建設。

關鍵詞：無人機；傾斜攝影測量技術；三維數字城市建模

引言

在城市建設中進行三維建模有助于規劃城市的各項內容，而三維建模中的傾斜攝影測量技術更是發揮著重要作用。為優化拍攝方式，要利用測量技術中的優勢構建三維模型，確認傳感器中物體信息的精準度，繼而提升傳輸數據的完整性、可靠性。

1.在三維數字城市建模中采用無人機傾斜攝影測量技術的基本內容

1.1傾斜攝影技術屬于先進技術，其運用在于通過相同的飛行平臺搭設多種傳感器繼而完成與遙控攝影有關的工作。在攝影成像的過程中，技術人員需借助多重角度，如傾斜、垂直等，綜合地面物體的各類信息，增強信息的準確性、全面性。從專業角度而言，垂直角度攝制到的影像為正片；而帶有些許傾斜角度的影像為斜片，無論是城市建設、國土資源還是旅游等方面都存有技術支持。技術人員還可高度融合傾斜攝影測量技術與三維數字技術，有效、快速地處理突發應急事故，提升參與人員的安全性。

1.2技術人員在詳細操作特征提取時，要適時借助影像內的圖像信息，合理劃分圖像類型，將其放置到不同的子集中，將獨立點與相連曲線間組成的單獨區域逐步歸類，提取此類信息的過程中應保證有憑有據，即高效融合相關測量區域的具體狀況，對該工作要通過仔細的分析與研究，繼而確認特征提取中的固定位置。

1.3對于無人機傾斜攝影測量技術來說，技術人員需精準融合多種圖形影像，要利用同名點內容中的識別過程，且指定了相應算法后，完成數字影像的匹配。無論是目標識別還是圖像融合都要進行視覺計算，通過目標變化檢測，有效完成影像確認的準備工作。傾斜攝影測量技術已廣泛運用在數字攝影測量、地圖學與遙感技術中，基于遙控攝影的優勢，在使用該技術時帶有較強的靈活性。在更重算法中其內部特征點可進行一定的匹配與測量，其生成的DOM、 DEM數值也與匹配點中的分辨率存有直接聯系，測量影像的特征不同，匹配算法也會發生相應改變。

2.在三維數字城市建模中無人機傾斜攝影測量技術的實際應用

2.1加強環境體驗的真實感

在使用傾斜攝影測量技術的過程中，技術人員可將其用在三維城市建模中，從某種程度上來說，利用相應模型可適時增加城市環境體驗的真實感。具體來說，隨著城市化的發展，城市中的建筑群數量也在逐漸增多，在觀察其整體面貌時只能借用細微角度，若想觀察城市的整體面貌或建筑景觀，技術人員可依靠傾斜攝影測量技術，來搭建一套虛擬的城市模型，實現城市內部的虛擬漫游。在提升虛擬空間真實感的過程中，技術人員應搭建一套虛擬的三維數字模型，除了使感官體驗更像“身臨其境”外，還能借助有關技術虛擬化真實環境，在電子空間中將真正的三維環境還原，給人們帶來極強的體驗感與欣賞價值[1]。

2.2改進智慧型城市的整體建設

在城市快速發展的過程中，增強城市內部的功能性為未來城市發展的主要趨勢，在建設智慧型城市期間相關部門的管理人員應制訂符合發展方向的有效措施。在部署新時期城市發展戰略時，要利用三維建模技術搭建智慧型城市，相關人員應著重研究該技術背后的傾斜攝影測量技術，在提升傾斜攝影測量水平的同時，保障智慧型城市的設立檔次。在實際工作中技術人員應及時引進傾斜攝影測量技術，將其運用到三維數字模型中，通過良好的信息技術水平精準提煉城市中的各類數據信息，再借用電子信息系統來完成三維建模圖像的整合工作，給此后的城市建設提供科學的數據支持。

2.3優化電力線路的整體設計

城市內部各項功能在不斷完善的同時，電力建設的數量也在不斷增加，人們對該項資源的建設需求也隨之提升，采用傾斜攝影測量技術后，工作人員可快速測量城市內部所有的電力線路，再通過三維數字技術完成建模工作。與此同時，借助良好的攝影測量手段可精準拍攝城市內部的地貌地形，掌握專業、精準的地理信息，在高效融合電路信息后，依照已知的數據信息開展建模工作。在進行三維建模的過程中技術人員需用到大量數據，為保障數據信息的精準性，要巧妙結合地形圖與傾斜攝影測量技術，科學開展對應的測量工作。此外，在建設城市電力系統的過程中，若看見特殊區域，如林區等要及時規避，避免因區域特殊而降低數據測量的準確性，當前階段技術人員可采取人工實地測量優先、無人機測量在后的測試方法，為有關測量工作帶去更大的便利性。技術人員還可將傾斜攝影測量技術運用到竣工測量環節中，通過該技術的點對點檢測，找出其建設期間存有的阻礙或問題，通過專業的研究后，利用針對性措施來保證項目建設質量，給電力線路的鋪設帶去較大的助推作用[2]。

3.在三維數字城市建模中無人機傾斜攝影測量技術的應用實例

3.1掌握信息收集流程

在應用無人機傾斜攝影測量技術前，相關人員需明確此類影像信息的采集流程，首先，應及時探測周邊區域的具體環境，給航測工作打下堅實基礎。在進行現場拍攝的過程中，為了增強數據測量的精準度，要合理挑選控制點并完成測量工作，在開展航測期間需科學控制飛行航線。其次，若想打造適宜的三維模型，工作人員需了解地面地物的準確信息，在收集控制點信息時可利用城市規劃或數字地形圖中的數據信息，在得到控制點中的平面坐標后，再通過專業測量儀器完成數據測定工作。某些地形外貌的紋理信息較復雜，若想實時記錄此類信息，要通過數碼相機進行現場拍照，有助于項目后期的比對與查找。最后，工作人員還要借助傾斜攝影測量技術來獲取地面高程與地面紋理類信息，具體來說，攝影測量系統包含地面設備、傳輸系統、飛控系統與地面監控系統等，在開展無人機的拍攝前，要依照被測地物的實際情況設置航攝高度、飛行路線等，繼而依照規劃后的路線進行影像拍攝，適時整理拍攝后的數據信息，檢查該影像數據的整體質量，如定位系統與定姿系統的關系、影像變形、文件格式、影像質量與重疊度等，只有影像符合相應要求后才能對此類數據信息實行預處理，進而獲取準確的影像數據信息[3]。

3.2項目實施過程

為探尋傾斜攝影測量技術在三維數字模型中的應用情況，相關人員應開展適宜的測量項目，本研究以某省圖書館的影像數據作為資料，建立該區域的三維數字模型。

具體來說，該項目試驗使用的無人機類型為多旋翼無人機，利用5個與傾斜攝影測量有關的鏡頭模塊，其主要的航飛高度在100m左右，其航向重疊度在65%、旁向重疊度在40%、影像分辨率屬0.02m，其續航時間在受到限制的情況下，該試驗會連續飛行2次，首要飛行的航測路線在6條左右；而再次飛行的路線則增加到8條，如圖1所示。

3.3展示建模成果

在完成飛行航測工作后，技術人員共收集到671張照片，借助相關軟件開展此類照片的處理與拼接工作，在獲取到傾斜與垂直的相關影像數據后，得到不同種類的數據成果。為保證數據整合的準確度，在開展此項工作前，項目監管人員應適時監督當前的數據整合工作，嚴格關注每一環節的數據處理方式，若發現數據采集與整理問題，要立即查明原因繼而有效完成數據信息的整合，為此后三維數字模型內的檢測工作奠定較好基礎，如圖2所示。

4.分析三維數字模型中的精度

4.1測試模型中的平面精度

在研究項目影像數據時，技術人員要找出與該類圖形相關的坐標，利用對應的顏色標明實際坐標值與測得坐標值。

某影像的正坐標為30916602.441m、側坐標為450241.153m；其實測的橫坐標為30916602.410m、縱坐標為450241.202m，橫軸的變化值為0.131m、縱軸的變化值為-0.049m。在測試平面內的誤差值時，其具體公式為∑（Δx2+Δy2）/（n-1），借助公式可測得其誤差值在0.11m，由于此誤差數據符合精度規范的要求，因而在此后的航測工程內可選用Smart3D Capture系統來完成數據的處理工作，運用此模型不但能加強項目測量的真實度，還會提升數據測量的準確性。

4.2檢測DEM數據

在借助傾斜攝影測量技術完成航測數據的拍攝后，工作人員需適時檢測DEM數據，找到該測試區域中的高程點，并依照有關公式找到其與標準數據的誤差值。以某一點的高程數據為例，實際測試的檢查點高程為40.446m、在完成校正后，其高程數值為40.445m。二者間的差值為0.001m。若檢查人員擔心此數據的代表性，工作人員可再取兩個測試點，如實際高程值分別為42.699m、41.467m，其校正后的檢查點高程為42.700m、41.441m，誤差值分別在-0.001m、0.026m，在測試了11組數據信息后，獲取到平均高程誤差值為0.042m，該數值也在誤差標準范圍中，證實了傾斜攝影測量技術運用在三維數字模型中的可行性，利用相關軟件來完成圖像拼接，無論是影像數據還是影像都與實際要求相符。

4.3誤差的改進措施

在進行三維數字建模的試驗時，技術人員發現無論當前航拍技術如何先進，此類測試仍會產生誤差，其原因在于無人機本身也存有誤差，如其內部帶有的成像系統，會發現較嚴重的噪聲與幾何畸變。無人機在進行正式飛行時，也會受到天氣要素或地形條件的影響，若想減弱誤差，除了提升相關檢測設備的精度外，還要在飛行期間仔細研究航拍比例、航拍模式，利用高效率的影像提取技術來獲得準確的影像信息或圖像，從而促進三維城市的建模工作，增進城市基礎的測量工作[4]。

結語

綜上所述，在城市建設高速發展的同時，傾斜攝影測量技術已逐漸運用到城市內部測量中，由于該技術帶有諸多優勢，如性價比高、精準度高與使用方便等，相關企業應加強該技術的研究工作，設置科學的技術審核流程，建立對應的三維數字模型，保障城市測量項目的準確度。

參考文獻：

[1]喬天榮，馬培果，許連峰，等；基于無人機傾斜攝影測量的關鍵技術及應用分析[J].礦產勘查， 2020， 11（12）： 2698-2704.

[2]秦愛梅.試談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].電腦編程技巧與維護， 2020（02）： 143-144.

[3]郭峰.無人機傾斜攝影測量技術在城市三維建模及三維數據更新中的應用[J].智能建筑與智慧城市， 2018（10）： 149-150.

[4]劉謹萍，各毛伸，等；傾斜航空攝影技術發展及其在數字城市建設中的應用[J].農家參謀， 2018（17）： 278.