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无人机航测倾斜摄影测量三维地理信息建模分析

发表时间：2021/9/7 来源：《城市建设》2021年9月上17期作者：盖永智蒋润民

[导读] 随着这些年无人机在市场上的保有量越来越高，基于无人机倾斜摄影测量三维建模技术也越发地成熟，这一技术有多视角，高效率，低人力，高质量等特点，可以360°全方位同时观测测量目标，获取目标表的体型、坐标、外部纹理、细部要素和色彩光影的变幻等。提高建模效率也是利用倾斜摄影三维建模技术能够在建模市场站稳脚步的重要手段。

黄河水利委员会山东水文水资源局盖永智蒋润民山东省济南市 250100

摘要：随着这些年无人机在市场上的保有量越来越高，基于无人机倾斜摄影测量三维建模技术也越发地成熟，这一技术有多视角，高效率，低人力，高质量等特点，可以360°全方位同时观测测量目标，获取目标表的体型、坐标、外部纹理、细部要素和色彩光影的变幻等。提高建模效率也是利用倾斜摄影三维建模技术能够在建模市场站稳脚步的重要手段。
关键词：无人机；航测倾斜摄影测量；三维地理信息建模
        引言
        倾斜摄影测量的三维建模应用打破了正射影像只能从单一角度拍摄得到数据的局限性。通过搭载多台传感器从一个垂直、多个倾斜等不同角度采集影像，获得具有较高分辨率、较大视场角、更详细的地物信息数据。在拍摄影像的同时，机载传感相对传统人工建模而言，具有可测量性、真实性、高精度的一系列优势，而且通过该方式获得的影像数据成本低廉、最终得到的数据产品的生产周期较之前缩短很多。
        1无人机航测倾斜摄影测量的优势
        1.1精确性
        借助无人机的特殊摄影技术与视野优势，无人机航测倾斜摄影可对城市建筑物、地形地貌、道路交通等情况进行准确的测量，轻松获取与城市建筑物相关的基础数据，如建筑物的高度、位置、尺寸、外观等，进而真实反映城市物体的实际参数。与传统的摄影技术相比，无人机倾斜摄影技术具有较大不同，主要体现在无人机倾斜摄影技术可快速、高效完成城市三维模型的建模任务。
        1.2低成本性
        以往城市三维模型的构建，需要工作人员对地面物体参数进行逐一测量，工作人员需要将实际测量的数据转化为城市三维模型建模过程中需用到的数据。无人机倾斜摄影技术的应用，可有效弥补传统摄影技术的不足，可在城市三维模型建模的过程中，同时完成地面物体参数测量与城市三维模型建立等工作，节约了大量的人力与物力。在测量地面物体空间的基础上，无人机航测倾斜摄影技术可获取其他类型的数据，可为城市三维模型建模工作的横向发展与纵向延伸奠定良好的基础。
        2无人机航测倾斜摄影测量三维地理信息建模流程
        2.1数据预处理
        首先创建photos.csv文件，其中包括倾斜影像数据的存储路径及下视影像的POS信息。其次创建cameras.csv文件，该文件记录每个相机的像素、像幅、焦距、主点、相机旋转参数方向参数及相机之间相对位置姿态参数等信息，主要用于创建空三工程时设置相机参数。然后根据创建好photos.csv和cameras.csv文件由工具生成block.xml文件，xml文件记录了工程的影像POS信息和相机参数信息。打开Smart3DCaptureMaster，导入预先生成的block.xml文件，软件自动根据block文件创建工程。导入block文件后，检查影像排序和相机旋转方向是否正确。
        2.2空三加密
        检查无误后，输入相应的数据参数提交空三工程。Smart3D首先会对五个视角的影像进行大量特征点提取，对获取的特征点采用多基线多特征匹配技术自动匹配同名点，然后采用光束法区域网平差进行整体平差计算，剔除粗差点。反复进行平差计算、点位调整，直到空三结果满足要求，输出空三加密报告，实现多视角影像空三解算。最后，得到每张影像精确的外方位元素及消除畸变差的影像，以供后续三维重建使用。

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        2.3三维模型构建
        Smart3D系统的三维重建过程是基于瓦片技术，本次试验把建模区域共分割成为672个300m×300m的“Tile”，将每一个瓦片打包建立成为一个任务，利用消除畸变差的多视影像和空三优化后的高精度外方位元素构建立体像对，采用多视影像密集匹配技术生成地物超高密度三维点云，然后按照设置的优先等级对分割区域内的三维点云构建不同层次细节度的不规则三角网（TIN）模型，通过三角网优化及简化后生成带白模的三维模型，然后在经过畸变差改正和匀光匀色处理后的影像（包括垂直影像和倾斜影像）上全自动提取位置对应的纹理信息，并将其映射到对应的模型的三角面片上，实现纹理贴附，最终生成纹理清晰逼真的城市三维模型成果。
        2.4实景三维模型处理
        将信息数据与倾斜影像整合成影像参数文件，将相机信息数据整理为相机参数文件；在实景三维模型处理软件系统中建立工作流，匹配空三连接点，并在人工干预下修正达到标准值，最后开始倾斜实景三维模型处理工作。
        2.5实景三维模型优化
        对建成的三维模型成果存在的问题进行优化，如结构变形校正、漂浮物删除、水面破洞修补、纹理失真等问题。优化的软件有DP-modole、3dmax、Geomagic等软件。
        3无人机倾斜摄影测量技术应用
        3.1打造真实的城市漫游体验环境
        应用无人机倾斜摄影测量技术，工作人员可为人们打造真实的城市三维环境，对城市建筑与景观进行虚拟化，借助网络使人们观赏到各区域的城市景观，并完成虚拟漫游体验等工作。该技术的应用可加深人们对城市的理解，满足人们不出门便可观赏各地景观的实际需求。
        3.2优化EPS建模
        EPS是PostScript语言描述的一种ASCII图形文件格式，在PostScript图形打印机上可打印出高品质的图形图像。该格式主要分为PhotoShopEPS格式与标准EPS格式，标准EPS格式又可分为图形格式、图像格式。在PhotoShop中只能打开图像格式的EPS文件，在cdr中可打开矢量图，文字不可编辑，但图形可以提供曲线方式进行编辑。将EPS软件的应用到城市3D建模工作中，可提升测量区域内物体信息的准确性、科学性，促进工作人员全面掌握不同类型数据的多样化特征，提高数据测量的有效性，减少后续工作中因信息错误引发的问题。与此同时，将EPS软件应用到区域测量与三维模型的建设工作中，以图形可进行曲线编辑的特点为核心，可提升生成实体模型的有效性，提高测量的精确度与测量效率。
        3.3为智慧型城市建设奠定基础
        在国家发展的新时期，智慧型城市是对城市建设提出的新要求。应不断创新三维建模技术，提高三维建模水平，同时其会降低城市建设速度。应用无人机倾斜摄影测量技术，可推动城市建设三维建模。（1）无人机倾斜摄影测量技术的应用可帮助工作人员快速提取与城市相关的各类信息，构建精确的城市三维模型影像，为后续工作提供可靠的数据支持；（2）无人机倾斜摄影测量技术的应用可实现定时定向搜索，可充分满足智慧型城市的定向建设需求，进一步提高我国智慧型城市的建设水平。
        结束语
        综上所述，在城市建设与发展过程中，无人机倾斜摄影测量技术以其自身测量精准度高、性价比高等多种优势，在城市三维建模中得到了充分应用，该技术在其他行业领域具有较高的应用价值。为了充分发挥无人机倾斜摄影测量技术在城市三维建模的优势与作用，相关单位应加强对该技术的重视程度，并将其应用到三维建模过程中，提高测量质量，推动我国城市建设的进一步发展。
参考文献
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