摘要：随着城市化进程的不断推进，无人机倾斜摄影测量技术在城市建设中得到了广泛应用。文章根据无人机倾斜摄影测量技术的原理，利ContextCapture和DP－Modeler软件制作了安徽某高校实景三维模型和大比例尺地形图，验证了无人机倾斜摄影测量生成三维模型测绘大比例尺地形图的可行性。
关键词：无人机;倾斜摄影;三维建模;地形图
引言
大比例尺地形图测绘是各项工程建设和城市建设的基础工作，为经济社会发展提供重要的基础地理信息数据。目前，大比例尺地形图测绘的基本方法有全野外数字测图方法、航空摄影测量方法。全野外数字测图方法存在野外工作量大、效率低下、更新周期长等问题。传统航空摄影测量设备价格高，需要恢复立体像对进行立体测图，不仅技术路线复杂，外业调绘工作量大，对测图人员的经验要求较高，并且成果的高程精度难以保证，需要大量的野外测绘工作进行补充。利用无人机倾斜摄影的手段，不仅技术路线简单，而且大大减少了外业的工作，从而进一步减少生产成本。无人机倾斜摄影利用了先进的技术方法，提高了测绘生产的自动化方式，达到提高生产效率的目标。
1倾斜摄影三维测图
倾斜摄影三维测图是基于倾斜摄影技术、实景三维模型技术对地形、地貌数据进行采集，是利用实景三维模型进行的“裸眼”测图。用低空无人机搭载多台传感器，同时从垂直、前方、后方、左侧、右侧五个不同的角度采集影像，获取到丰富的建筑物顶面及侧视的高分辨率纹理，通过先进的定位技术、融合、建模手段，生成真实的实景三维模型。在内业测图中，不需要借助立体眼镜及红外发射器等立体成像设备，即可清晰地看到地物的特征及细节，通过裸眼，直接观测立体影像，采集地形图各类要素，大量的外业工作，如建筑物层数、房檐改正距离、路宽、植被属性等，在实景三维模型上即可准确判断，极大地减少了外业工作量，提高成图效率和成图质量。
2倾斜摄影原理及优势
无人机倾斜摄影技术是通过在无人机飞行平台上搭载多台数码相机，同时从垂直和倾斜多个不同的角度采集高分辨率影像，一般常用的是五镜头倾斜摄影系统，从前后左右和垂直5个不同角度获取影像，结合无人飞行平台搭载的GPS/IMU系统获取的POS数据和像控点数据，经过相关软件处理获取数字表面模型、数字正摄影像和三维模型的摄影测量技术，形成最终产品。基于无人机的倾斜摄影测量的技术优势:
(1)利用无人机倾斜摄影测量有较大的视场角，并可以获取多重高分辨率影像。
(2)倾斜摄影测量能直接反应地物的真实情况(外观、高度、位置)，并具备对地物进行量测的能力，能同时输出DSM、DOM、DLG等数据成果。
(3)借助于无人机，可快速采集地面影像数据，实现自动化三维建模。
3数据处理
3.1空三加密
倾斜摄影数据空中三角测量使用多视角联合平差，联合平差需要充分考虑影像之间的几何变形和遮挡关系，将垂直下视影像和倾斜影像进行混合平差。基于Photomesh软件，结合实时imu/gps系统提供的外方位元素和相机安装位置关系，可以模拟包括倾斜影像在内的所有影像的地表投影范围，采取由粗到精的金字塔匹配策略，在各级影像上进行同名点自动匹配，将测区布设的外业像控点全部加入模型，参与平差计算，得到较好的同名点匹配结果。
3.2数据生产
实景三维模型生产:将空三成果导入ContextCapture工作流，通过划分模型格网，采用8组GPU同步生产模型数据。经过像对匹配、形成格网、设定格网大小、自动贴图、坐标转换等流程，生产出测区的实景三维模型成果(OSGB格式)。
测区正射影像制作:根据实景三维模型与空三成果档，以Tile为单位进行格网正射与贴图匹配处理，制作测区真正射影像(TDOM)。并根据测区调绘POI信息，制作影像专题图。
大比例尺测图:完成该学校测区实景三维模型、空三成果、纠正畸变差影像等数据的制作，采用DP－Modeler对以上数据进行导入，制作工程档，由作业员在工程中进行点、线、面测图，并按照国标要求赋予图层与属性信息。测图成果为初级线划图，经软件导出为Cass，采用CASS软件进行图形数据编辑，生产1∶500制图数据。
3.3裸眼立体测图
地形图要素采集可以采用具有突破性的“三维测图”新技术，利用三维测绘系统进行“裸眼”测图。就是经过立体模型格式转换，将倾斜摄影建立的具有较高精度的真三维模型加载到三维测图软件系统中，不需要借助立体眼睛及红外发射器等立体成像设备，直接观测立体影像，采集地形图各类要素，数据采集。内业数据采集采用二、三维联动一体化测图模式进行采集，加载实景三维模型数据，可实现二维或三维环境下的地形图测量。在二维或者三维环境下采集各种地物类型的特征点或特征线，并借助地物本身和地物之间的几何关系，绘制完成地物。
内业数据采集完成后，需通过外业补绘与调绘工作检核内业数据成果，对于内业无法测量、识别的地物通过外业现场进行实地确认。主要包括以下几个方面：
1）部分线状悬空的地物，如电力线等，实景三维建模难度大，难以从模型中准确辨别其走向和连接关系。2）对内业漏测和难以准确判绘的图形信息（如遮盖区域），特别是由于地物遮挡造成的实景三维模型的局部变形、模糊，导致少量地物要素难以准确采集的情况。
3.4像控点布设方案
像控点的布设是否合理对三维模型和地形图成果的精度有着直接影响，像控点的布设策略也受到ＰＯＳ精度、影像像幅大小的影响。根据本项目的具体情况，采取区域网布点的方法进行像控点布设，在测区周围布设一定数量的平高点，内部布设高程点或平高点。根据以往经验，对于地势较为平坦的区域采用精灵４ＰＲＯ进行倾斜摄影测量，像控点布设间距约为２００ｍ左右。像控点应当选取在地面较为平坦且有明显标志易于判读的位置。由于测区位于城区，可以选取路面上的斑马线或者城市广场公园的特征点作为像控点。当局部地区难以选取时，可以在地面上用油漆绘制人工标记或者使用像控纸进行布设。
3.5模型构建
模型构建采用分块计算，自动选择不同视角上的最佳像对模型，生成三维尺度的密集点云。点云自动转换为不规则三角网TIN模型，基于内在几何关系，将TIN模型进行平滑和优化。根据三维TIN的空间位置信息，获取最佳视角影像纹理，自动赋予模型纹理，输出Obj、3dml、osgb格式三维模型成果。
在通用三维平台中，在视角高度为300米场景下对三维数据进行核查，重点检查区域：住宅区、沿街商业区、机关企事业单位，以及地形、地貌等。检查内容包括建筑是否存在纹理扭曲、破洞、搭连；水面是否存在凹凸不平、破洞、反光；道路上有无不完整车辆；整体场景有无悬浮物体、地貌完整性、水面平整性等问题。核查三维模型是否真实体现沟、渠、河流、水库、湖泊、坎、山脊、山谷、道路等地形地貌。
对修改后的三维模型成果进行检查，检查三维模型成果是否满足成果要求，如果不满足则对有问题的区域进行修改，直到满足三维模型成果要求为止。
结语
采用无人机倾斜摄影建模方式进行测图技术路线可行，实验结果合理，具体可应用于农村土地确权、国土规划用图等领域，在不方便外业人员作业的地区，如部分山区、高危地势地区，地形图的获取，具有深远的意义。
参考文献
［1］陈永健，陈曦.基于倾斜摄影测量技术的城市实景三维建模方法[J].资源信息与工程,2018,33(4):131-132.
［2］文述生.倾斜摄影测量技术构建城市实景三维建模方法研究[J].华北自然资源，2019(4):73-75.
［3］李小敏.基于倾斜摄影测量的城市实景三维建模与精度研究[J].华北自然资源，2019(4):82-85.