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摘要：日照分析外业测量中建筑物檐口之上的异形屋顶测量非常困难，无法保证内业日照分析屋顶建模的完整性和真实性。针对该问题，本文利用低空无人机倾斜摄影测量技术获取多角度影像数据，通过自动实景三维建模以及三维模型立体量测技术，从而快速、准确地获取建筑物异形屋顶的平面数据和高程数据。本文通过日照分析项目实例，详细介绍低空无人机倾斜摄影测量技术在日照分析建模的作业流程，并通过精度分析，验证了此方法的可行性。
关键词：无人机;倾斜摄影测量;实景三维模型;日照分析建模
引言
随着无人机动力、控制、通信和导航等关键技术的逐渐成熟和无人机在空间探测感知领域的进一步应用，改变了无人机长期以来作为靶机使用和进行有限侦察的现状。在高新技术条件下，与现代遥感技术、摄影测量技术等相结合，无人机低空摄影测量手段应运而生，已逐渐成为与航天摄影测量、大飞机航空摄影测量并驾齐驱的摄影测量方式。与其他两种方式相比，无人机低空摄影测量系统具有机动、灵活、快速、经济等特点，在重点区域或小范围区域航测上更有得天独厚的优势，能够快速获取高质量高分辨率的遥感影像，已经成为未来航空摄影测量的重要手段和国家航空遥感监测体系的重要补充，逐步从研究开发阶段发展到了实际应用阶段。
1无人机倾斜摄影
1.1实景三维模型及日照分析模型的建立
本文采用无人机倾斜摄影技术获取测区的影像数据，采用Smart3D软件，利用自动建模的技术构建实景三维模型。
(1)实景三维模型创建实景三维模型采用Smart3D软件进行创建，具体步骤如下:
①创建项目通过布尔莎七参数模型及似大地水准面精化模型将原始POS数据由WGS84坐标系转换为Xian1980平面坐标系及1985国家高程基准。加载影像，导入POS数据及控制点数据，建立Smart3D工程。
②倾斜摄影空中三角测量提交空中三角测量，建立立体模型，获取精确的外方位元素，获取加密点三维坐标。
(2)日照分析建筑物三维模型创建
①三维模型加载基于EPS三维测图模块OSGB数据转换功能将Smart3D生成的OSGB格式的模型转换成DSM模型，然后分别加载DSM模型和DOM模型，从而实现三维模型和二维影像的联动。
②屋顶平面绘制根据模型的空间信息，直接进行屋顶造型的空间量算及三维坐标采集，同时通过模型旋转及多角度观察等功能，准确获取建筑物的檐口与屋顶造型的平面位置与高程信息，绘制屋顶造型平面图。
1.2无人机倾斜摄影数据的外业采集
外业航空摄影通过大疆Inspire2飞行平台，搭载ZENMUSEX5S超清航拍相机，镜头朝向与地面垂直拍摄一组影像，获取地物顶面纹理。镜头朝向与地面成45°夹角拍摄获取的四组影像分别指向东南西北，获取地物侧面纹理。
设计航线相对航高105m，航向和旁向重叠度分别为80%、70%，整个测区28条航线，456张影像。为辅助后续数据处理，测区采用区域网布点模式，布设8个外业像控点及检查点。
2无人机低空摄影测量影像数据的处理流程
无人机低空摄影测量影像数据处理的关键在于低空飞行器影像重叠度不够规则、像幅较小、像片数量多、倾角过大且倾斜方向没有规律，较难实现影像匹配的全自动连接点选取及配准。近年以来，随着影像匹配技术、自动空三技术和海量影像数据处理技术的成熟，处理无人机低空影像数据的软件日益增多。
国际上有法国的像素工厂(PixelFactory)和德国的Inpho系统等，国内的有武汉大学和适普公司的DPGrid系统以及中国测绘科学研究院的PixelGrid系统，基本上实现了对无人机低空影像数据的自动化处理。
无人机低空摄影测量影像数据处理主要完成影像数据获取后对影像进行参数精化与DEM/DOM制作的任务，低空遥感平台数据采集完毕后，首先将影像数据与GPS/POS数据等从数据采集平台中下载下来，经过简单的数据组织整理后，处理系统对影像数据进行智能匹配处理，匹配影像之间的连接点用于光束法区域网平差处理，在引入控制数据后进行GPS/POS等辅助的区域网平差解算，得到精确的影像内外方位元素。在精确内外方位元素的引导下，利用密集匹配技术匹配获取密集的三维DSM点云数据，并对DSM点云进行滤波与分类处理剔除房上点、树上点得到DTM点云，内插获取规则格网的DEM成果。然后对影像进行辐射空三处理与颜色改正，利用DEM与影像参数进行影像的正射纠正处理，利用快速镶嵌方法可获取满足应急要求的DOM镶嵌成果，利用智能镶嵌，并对影像进行编辑检查获取满足高质量要求的DOM成果。
3分析无人机低空摄影技术应用发展前景
3.1有序化测绘调控技术
无人驾驶飞机在进行地形测量时，可以通过控制图像数据提高控制水平。如今的无人机，不仅把摄影和遥控飞行技术有效地结合在一起，而且还采用一定的导航系统，对所测数据进行一定的划分。如果条件允许，可以设定拍摄照片的时间。利用导航功能，可使摄影定位更精确。对精度要求较高的测量，应首先确定控制点的位置，控制点最好设在弯道附近，并在这些位置周围添加较为清晰的参照物，以便于后续测量和定位。
3.2为城市规划区域提供高分辨率的测绘产品
随着城市信息化建设的进一步深入，目前新规划以及实施改造的城区非常缺乏所在区域及影响范围内的现势性强的大比例尺、高分辨率、高精度格网的数字测绘产品。目前，已经发射的高分辨率卫星影像分辨率已经达到了约0．5m，尽管如此仍然难以满足1∶500～1∶2000这种大比例尺的成图要求。无人机低空摄影测量可为重点区域提供高分辨率航摄相片、正射影像DOM、高精度数字高程模型DEM、数字栅格图DＲG和数字线划图DLG等测绘产品。
3.3空中三角测绘技术
空中三角测量技术作为一种较发达的技术，也是低空摄影技术转化的重要途径。一是结合数码摄影技术分析，空中摄影三角技术可实现测量数据的二次化加密，结合测绘内部工作分析和数字产品分析，可借助摄影分析方法对整个数字化测绘进行优化，结合摄影测量分析可将全部数据进行外方位处理，并借助无人机测绘系统中的几何翻转处理，最终优化整个内部建设，提高无人机摄影测绘技术的实用性。
3.4重点区域动态监测
当前城市建设日新月异，需要对城市核心地区及散落在城区内的多个建设区域进行动态管理，也需要不断地对这些大到几十平方千米，小到零点几平方千米的区域进行大比例尺、高分辨率、高精度格网测绘数据定期更新。利用无人机低空航摄系统可对重点目标进行动态监测，并可通过自动比较不同时期的DSM得到变化检测结果，通过DOM与变化检测的结果套合，得到直观的检测结果。
结语
本文给出了基于低空无人机倾斜摄影技术在日照分析建筑物屋顶三维建模的技术路线，借助实景三维模型的立体量测、任意视角等优点，实现建筑物屋顶造型的全内业绘制，保证建筑物屋顶造型的真实性、完整性，保证了日照分析中日照时数的准确性。通过对工程实例验证了此技术路线的可行性，为日照分析建筑物数据采集提供了一种新的解决方案。
参考文献:
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