白立祺
柳州市国土规划测绘院 广西柳州 545001
摘要：相较于传统三维建模技术而言，无人机倾斜摄影测量系统具有突出优势。以无人机倾斜摄影实景三维建模系统应用的优势为切入点，基于倾斜摄影测量系统，分析了无人机倾斜摄影实景三维建模方式，并对无人机倾斜摄影实景三维建模质量进行了简议，为无人机倾斜摄影实景三维建模应用提供有效的借鉴。
关键词：无人机倾斜摄影；三维模型；城市三维建模；应用；
倾斜摄影测量技术的发展虽然只有几年时间，但国内已经有很多学者对该项技术进行了研究，并已有自主开发的倾斜摄影测量平台，在无人机传统倾斜摄影建模系统运行过程中，主要是在工作面中心进行相机的垂直竖立。随后沿四个方向分别布设一光轴与水平面成45°的相机。上述布设方式，虽然可以获得多张影像，但是不同角度影像覆盖度、重叠度较高，额外工作量较多，再加上无人机飞行中倾斜角度控制问题，导致实际运行效益不佳。因此，探究无人机倾斜摄影实景建模新方式具有非常重要的意义。由于无人机飞行高度低，且携带的轻型传感器所拍摄出的像片分辨率高，颜色真实，能够大幅提高所构建模型的纹理质量，无人机拥有垂直起降，对起飞着陆地点要求低、机动灵活且能够超低空飞行等特点，使其在对影像精度要求极高的倾斜摄影测量城市实景三维建模方面有很大的发展空间。
一、无人机倾斜摄影测量系统
无人机系统由飞行器及地面操控系统组成，可自主或遥控飞行，对起飞着陆地点要求很低，能够垂直起降，且高度智能化，能以各种姿态飞行。这些特点使得其在测绘领域有了很大的发展空间。而在倾斜摄影测量方面，为了保证模型的精细程度，往往需要贴近地面及建筑物进行城市超低空飞行，无人机的机动、灵感、安全性及垂直起降等优势，无疑是城市倾斜摄影在最佳载体。倾斜摄影传感器由多个镜头组成，较为常见的有3镜头和5镜头，镜头通过不同的方向和角度进行组合，使得其在同一曝光点获取建筑不同角度的影像，一般情况下，中间为下视镜头，侧视镜头以40°向内、向外或旋转分布于东南西北4个方向，同时传感器还需集成GPS/IMU惯导系统，在曝光的同时获取曝光点的位置及姿态信息。采用的5S倾斜相机采用了第一排两个镜头，第二排3个镜头的分布方式，其第一排中间镜头为正射镜头，其他为侧视镜头，侧视镜头与正射镜头偏角为30°，镜头统一采用CMOS传感器，有效像素3600万。
二、三维模型精度分析
利用外业控制点对三维模型的绝对精度进行分析验证，但因当前行业内并没有相应的规范对倾斜摄影测量技术所建的三维模型精度做出明确的规定，因此此次检测主要按照数学精度检测方法中高精度检测的要求，利用外业实测的检查点，与内业直接在三维模型上量测得到的三维坐标进行对比检验。基于模型进行量测构筑物的误差要大于地面标志，分析其原因，主要是由于倾斜摄影所建的三维模型主要是由点云构建不规则三角网并关联纹理形成，而三角网的精细程度又受影像分辨率所影响，无法模拟构筑物的直线轮廓边缘，达不到现实中的棱角分明，导致内业量测时不能准确捕捉到建筑的拐角，使其存在一定的量测误差。而高度方面受模型底部精细程度所限，经常无法捕捉到准确的构筑物高度，此次实验中有两个标志点无法通过内业获取其高度信息。可看出无人机倾斜摄影测量系统操作简单，机动灵活，对起降场地基本无要求，完全可以应用于倾斜摄影测量三维实景建模工作。
倾斜传感器方面，除了传统的以正射为中心，侧视围绕四周的模式外，通过外业检查点对模型的绝对精度的验证情况来看，基于无人机倾斜摄影测量技术所建的三维实景模型其平面和高程中误差均可达到两个像素以内，并且其高程精度略高于平面精度。
三、倾斜摄影测量技术在城市三维建模中的应用
1、城市三维建模过程
按照地图比例尺1：2000的比例，提取城市每一个景观地面的高程、高度、平面信息、底面边界特征等信息，然后筛选出其中有用的数据信息，并将这些采集到的信息进行保存，通过计算机系统将这些信息转化成为DXF文件。 有关人员根据采集到的信息，按照城市的土建信息、城市规划图等进行匹配，将数据信息导入，并用tab形式将数据信息保存，然后用程序拓扑处理景观数据，将其中能够匹配的数据信息保存，最后用MIF格式保存下来，便于后期IMAGIS软件的分析和应用，之后再进行景观拉伸，这个过程需要有关人员将数据信息导入到IMAGIS软件中，然后在对这些景观进行拉伸，这样就可以提取景观高程、顶部数据信息，将顶部信息拉伸到地面的DEM中，建立一个底面不存在的半封闭式五面体。三维地形模型通过倾斜摄影测量获得了底面信息，而有关人员将底面信息与半封闭五面体叠加在一起就获得了一个地形模型。而在IMAGIS三维模型中，必须要匹配的影像资料作为底面纹理，并将其叠加映射DOM中。
2采集纹理和粘贴纹理信息
第一，现场摄影。在构建三维模型的过程中，其主要的信息就是地物，同时地物也是城市建筑、交通等重要信息，这些地物侧面纹理信息，通过数码相机在现场拍照获得，然后通过数字地形图或者城市规划设计图中获得平面坐标信息。此外，其还可以用专业的测量高度仪器获得；第二，航天航空遥感设备。地面纹理数据信息和地物高程信息可以通过航天航空摄影技术获得，比如无人机倾斜摄影测量技术。无人机倾斜摄影测量系统由飞行控制系统、传输系统、地面设备、地面监控系统等构成。在无人机拍摄之前，根据所测需要地物，设定无人机飞行的航线、航高，无人机按照规划的航线拍摄，然后将拍摄的数据信息进行整理，拍摄数据是否符合测量要求，如果不符合再次飞行测量。三维数字模型建立以后，这些纹理信息并没有存在模型上，还无法真实地反映出城市三维特征，所以需要将纹理信息粘贴到建筑物的顶面或者墙壁。纹理信息要粘贴到三维模型的各个层面上，一些比较大的三维模型无法用一张照片覆盖，则需要照用分块摄影的方式处理，将其划分为多个照片，然后通过PS软件进行拼接和编辑。
3优化方法的建模实践
利用上述基于无人机倾斜摄影测量成果的城市三维模型质量优化方法，我们在试验区进行了三维城市建模的实践和验证。该项目结合无人机倾斜摄影测量技术和传统建模技术的优点，利用无人机低空飞行采集目标物顶部高清序列影像，解决了倾斜摄影实景模型细节补充和精细建模的问题，丰富了建模数据采集的手段，满足了项目对各类数据精度的需求。
三、结束语
综上所述，在数字地球、建筑物景观设计、智慧社区不断发展的背景下，人们逐渐认识到了建立具有真实纹理的数字城市三维模型的市场价值。基于无人机倾斜摄影实景三维模型具有低成本、高分辨率、低风险、高时效的优良特点。因此，為保证无人机倾斜摄影实景三维模型实际价值的充分发挥，相关人员可在研究无人机倾斜摄影实景三维建模方法的基础上，对无人机倾斜摄影实景三维模型可以达到的精度水平进行深入探究，明确无人机倾斜摄影实景三维模型质量影响因素，为无人机倾斜摄影实景三维模型的有效应用提供依据。
参考文献
[1] 马晨，杨辽.非量测相机倾斜航空影像空三加密精度评价[J].遥感信息，2015，6
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