摘要：利用倾斜摄影测量技术进行城市三维实景建模是近年来国内测绘高新技术之一。相比较传统常规的三维建模技术工艺，该技术具有工期短、成本低、精度高、多数据源、成果类型多、三维场景真实、 建模过程自动化等无可比拟的优势。本文主要对运用Context Capture软件进行倾斜摄影三维建模的技术流程及常见问题进行研究分析，并简述倾斜摄影的实际应用。
关键词：倾斜摄影；Context Capture软件；问题分析；实际应用
随着我国城市信息化进程的快速推进，“智慧城市”是城市信息化发展的高级阶段。然而，传统的航空航天摄影测量技术主要针对地形地物顶部进行测量，而对起伏明显的地形、地物侧面的纹理和三维几何结构等信息获取一直十分有限，因此倾斜航空摄影测量成为近年来发展十分迅速的一项高新三维建模技术。精细化的城市三维实景模型作为城市规划、建设、管理和信息化建设的基础数据得到了日益广泛的应用，并逐渐成为“智慧城市”空间数据体系的重要内容。
1 运用Context Capture软件进行三维实景建模
1.1倾斜摄影工作原理
倾斜摄影技术是国际测绘遥感领域新兴发展起来的一项高新技术，融合了传统的航空摄影和近景测量技术，颠覆了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从垂直、前视、左视、右视与后视共5个不同的角度采集影像。其中，垂直摄影影像，可经过传统航空摄影测量技术处理，制作4D（DEM、DOM、DLG与DRG）产品；前视、左视、右视与后视4个倾斜摄影影像，倾斜角度在15°～45°之间，可用于获取地物侧面丰富的纹理信息[1]。由于对同一地物获取的不同角度影像的覆盖度和重叠度越高，其解算的模型越精细。所以，获取实景三维建模数据时，会尽量增加飞行中影像的重叠度。但是，重叠度越高就意味着，增加了额外的工作量；因此，考虑到效率和飞行器在飞行中的倾斜等问题，一般将航线设置为航向重叠度大于80%，旁向重叠度大于60%。
1.2主要技术流程
用Context Capture软件在进行数据处理之前，需要将获取的航摄影像和像控测量数据按照规定的格式进行预处理，从而保证数据格式正确和资料完整。预处理后，将数据导入软件进行相应建模处理，其技术路线（如图1）所示。
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图 1 总体技术路线
1.2.1数据整理
所需要的原始数据主要包括足够重叠度的多视角影像数据、POS 数据、相机参数和像控测量成果。首先需要创建一个EXECL文件，用来存写航摄获取的倾斜影像数据的路径，以及相机的像素、像幅、焦距、主点和各个相机的方向等参数信息。导入此文件后，软件自动根据EXECL文件创建工程。然后导入解算后的pos文件，并设置正确的坐标系统和测区参数。最后在3D View中检查影像排序和相机旋转方向是否正确。
1.2.2 空中三角测量
对倾斜像片进行空中三角测量，获取影像的外方位元素，是倾斜摄影建模的核心步骤。在Context Capture自动建模系统中加载摄区影像，人工给定一定数量的控制点，在控制点的编辑过程中，先选择成果所需的空间参考，如果所需空间参考系在空间参考库中无法找到，可以自定义空间参考系。软件采用光束法区域网整体平差，以一张像片组成的一束光线作为一个平差单元，以中心投影的共线方程作为平差单元的基础方程，通过各光线束在空间的旋转和平移，使模型之间的公共光线实现最佳交会，将整体区域最佳地加入到控制点坐标系中，从而恢复地物间的空间位置关系，得到每一幅影像精确的空间位置和旋转角度[2]。
1.2.3 三维实景模型构建
空三计算之后，软件根据空三加密信息成果，通过多视影像高精度的匹配算法，自动匹配出所有影像中的同名点，并从影像中抽取更多的特征点构成密集点云，从而更精确地表达地物的细节。地物越复杂，建筑物越密集的地方，点云密集程度越高；反之，则相对稀疏。对于这种海量数据需要对其进行切块分割，瓦片的大小可根据计算机性能自行设置，计算需用内存大小的评估数值会随着瓦片的大小而变化。总的来说，需要将所需内存的大小控制在物理内存的50%左右。按照瓦片的设置对分割区块内的密集点云构建不规则三角网TIN并生成带白模的三维模型，最后对三维模型自动赋予纹理，由于所有影像均具有精确定位信息，该过程可自动快速将影像贴在对应位置的三维模型面上，最后输出模型纹理清晰逼真的三维瓦片。
2 倾斜摄影在空三加密及实景建模过程中的常见问题分析
2.1 空三加密失败
在使用Context Capture对多视角影像进行空三加密处理时，时常会出现解算不出正确结果的情况。尤其是在pos精度不好、重叠率低、影像质量差和覆盖区域地物相似度较高等情况下，常会出现像主点分层和漂移现象(如图2)，从而造成空三加密失败。
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图2 像主点分层现象
对于这种情况，解决方法有：一是将计算失败的空三成果以XML的格式导出，提取其中的影像姿态数据对原始的POS数据进行更新，然后重新导入进行计算；二是直接手工添加连接点，连接点的选取尽量不被地物遮挡，能连接多个视角为宜。对于影像覆盖区域没有明显地物（例：水面、空地、植被覆盖等）的区域，可以直接将部分影像删除，然后重新进行空三计算。
2.2 生成瓦片出现漏洞
在使用Context Capture进行实景建模时，特别是大面积水域，缺乏明显的特征点，从而造成同名影像无法匹配，这种情况就会造成生成的瓦片出现漏洞。针对这种情况，我们通常会在GoogleEarth中绘制出水域的具体范围，并赋上水域的真实高程，然后将水域范围导入Context Capture软件进行模型的更新修复。
2.3 瓦片底部存在漂浮物
三维瓦片输出后，瓦片底部会存在漂浮物，对于这个问题，解决方法有两种：一是在输出三维瓦片时，将Z值设置为贴近模型的最佳高程值，这样可以减少漂浮物碎片的产生；二是运用修模软件，手工删除漂浮物，然后将修改后的瓦片导回Context Capture软件中进行更新修复。
3 倾斜摄影的实际应用案例
目前，倾斜摄影测量技术已在城市规划、公安、应急、测绘、旅游、环保、农业、林业、水利、电力巡检等行业得以验证和广泛应用，改变了传统的测绘作业方式，大幅度提升了测绘行业的作业效率。
以亳州市地下管线普查及智慧化管理系统建设项目为例，为满足“亳州市地下管线普查及智慧化管理系统建设项目”的要求，利用无人机获取亳州城区26.4平方公里的倾斜摄影航空影像，地面分辨率为0.05m，航向重叠度为80%；旁向重叠度为70%。利用Context Capture软件制作实景三维模型，并输出1:500TDOM及1:500DSM。再将DSM数据转换为点云las数据进行人工精细分类地面点，最终获得1:500DEM。经过外业实测2465个检查点进行精度检核，TDOM平面精度中误差为±0.114，DEM高程中误差为±0.144，均满足规范精度要求。项目为亳州市的城市智能化建设提供了精确可靠的地理信息数据。
4 结语
综上所述，倾斜摄影实景三维建模相较于传统的建模方式，有着高效、高度自动化和高场景逼真度等诸多的优点，现已成为了摄影测量学科一个新的重点发展方向。利用Context Capture进行倾斜摄影实景三维重建，人工干预少，自动化程度高，且生成模型可应用于实际生产，该种建模方式拥有广阔的前景。
参考文献：
[1]刘森.倾斜摄影三维建模技术流程及案例分析[J].科技资讯,2017.（30）:001.
[2]李策.基于Context Capture倾斜摄影三维建模及其精度分析[J].中小企业管理与科技（中旬刊）,2018,(026):195-196.