陈杭 韩亚洲 邓超云 邢亚东 唐乐乐
中国市政工程中南设计研究总院有限公司 430010，湖北省武汉市
摘要：随着对三维信息采集需求的不断增加，三维数据的测量方法已从地面向空间转变，无人机遥感技术以其快速、方便的优点加入了三维测量的大家庭。同时，建筑的立面包含了丰富的信息和细节，立面测量也是一个非常重要的映射任务。本文主要研究了无人机在建筑物高程测量中的应用，通过实验验证了该方法的可行性，为建筑物高程测量提供了一种新的思路。
关键词： 三维测量； 纹理； 无人机； 方面测量
建筑物的立面测量，即从建筑物的不同方向，测量目标的顶视图、前视图和侧视图，以反映建筑物各部分的高程，系统的位置和大小与图片相似。随着测绘手段和仪器的发展，传统的二维信息已不能满足人们的需求，人们对三维信息的需求越来越直观，各种三维建模技术应运而生。无人机倾斜摄影测量技术是近年来发展起来的一项新技术，测量手段方便快捷，测量方法简便快捷，测量方法方便快捷，测量方法不仅在现场，而且在国内行业也不难操作，目前，在高程测量中，全站仪、三维激光扫描和倾斜摄影均可获得三维高程测量结果，但它们是一体化的，本文选择无人机倾斜摄影作为研究对象，通过实验验证了该方法的可行性，值得在大规模推广。
1 无人机倾斜摄影
1.1无人机概述
无人驾驶无人航空载具（UAV）是一种由无线电遥控设备及其自身的程控装置组成的无人驾驶营运，或由车载计算机间歇操作。无人机广泛应用于军事领域，可用作侦察机和目标机，在民用物流、动植物保护、救灾、疫情监测、测绘、新闻报道、动力检测等领域的需求，拓展了无人机自身的研究和发展。与有人驾驶飞机相比，无人机往往更适合于低成本、恶劣环境和危险工作环境的任务。
1.2无人机倾斜摄影
无人机倾斜摄影是在同一个飞行平台上携带多个传感器，从一个垂直角度、四个倾斜角度同步曝光和采集数据，以获得更真实的地面信息，并利用后处理软件建立真实的三维模型，主要应用于城市建筑物和街道场景的三维建模。随着对三维模型分辨率、材质颜色和清晰度的要求越来越高，飞行器的飞行高度不断降低。在此期间，出现了各种低空倾斜摄影数据采集设备和方案，如动态三角翼、多旋翼无人机等。
1.3无人机倾斜摄影测量数据的特点
无人机倾斜摄影的数据有以下特点：（1）数据获取方式便捷高效，利用无人机搭载普通相机按照预定航线飞行，即可获取原始影像数据；（2）数据获取
成本较低；（3）获取的数据具有全方位、多视角 、高分辨率等特点；（4）内 业数据处理较为简单，基本可以实现全自动或半自动化直接得到三维模型成果。
1.4 数据存在的问题
利用无人机倾斜摄影测序数据进行三维建模的图像处理常常存在以下问题： 首先，三维模型的精度受原始图像序列的影响很大，而且从不同分辨率的原始图像获得的模型存在很多因素影响成像的分辨率，除了自身的影响外，无人机的飞行高度、重叠、飞行时间等都会影响图像的质量。在摄影测量过程中，不同的工作环境可能存在一些目标物体的遮挡程度差异，有时可能是建筑物的遮挡程度，有时可能是树木的影响等等，这些都会导致图像纹理的缺失，最终影响模型的局部细节的表现。城市建筑材料质量较为复杂，在某些玻璃或金属材料同时进行拍摄时，可能会出现大面积的单色调和反射现象，使图像在搭配时显得杂乱无章，难以辨认，最终产生具有漏洞的3D图像模型。
二、倾斜摄影测量整体流程
1.数据的获取，倾斜摄影数据的获取需要依靠不同类型的飞行器，同时搭配不同的倾斜相机来实现数据的采集，在采集的过程中实现高空、中空和低空的全覆盖，为满足不同比例和分辨率的影像需求奠定基础。
2.无人机的选择，为了更好地获取无人机倾斜图像数据，需要注意以下两个因素： 一是图像的质量，二是照片的数量。
从实际效果来看，为了获得高清晰度和高质量的三维建模，需要对倾斜摄影的分辨率有一定的要求，因此多旋翼无人机是一个不错的选择。
3.倾斜摄影相机，五镜头固定相机是市场上常见的倾斜相机，是无人机倾斜摄影不可缺少的工具。在许多实际应用中，发现照片的数量和相邻航线的飞行间隔对建模效果有一定的影响。为了获得更好的造型效果，可以使用双镜头摆动倾斜摄影系统。同时，该系统还具有成本低、重量轻、操作方便等优点，三相摆动式倾斜摄影系统具有较高的性价比，适用于多旋翼无人机的倾斜摄影。
4.航线的设计，在路线设计过程中，我们需要满足一定的要求，即路线摄影的分区应该是矩形的，实际的范围应该按照有关规定来确定，路线的数量不应该少于六条。如果使用双摄像机或固定翼无人机，对航路设计有一定的要求，即航路摄像机应尽可能呈矩形。通过确定飞行距离，我们可以知道飞行距离需要有一定的高度，航线的数量不应少于六条。
5.飞行作业，每个飞行区都需要统一规划航线设计。如果在同一路线设计中有多余的路线，需要及时删除。在办公室外操作期间，须至少装设10组电池或手提发电机，以提高操作效率。无人机的着陆场也有一定的要求，为了缩短无效飞行的距离，有必要尽可能靠近摄像区。
6.成果精度，倾斜摄影三维模型的建模精度直接影响分辨率的高低，一般情况下建模的精度与分辨率的比例约为一比三左右。倾斜摄影三维模型的平面测量精度与相对高程测量的精度是基本保持一致的。举例而言，如果摄像分辨率为二厘米的话，那么三维模型的精度就应该在五厘米到十厘米之间，而相对应的量测的精度也应该达到十厘米以内。如果影像的分辨率为五厘米的话，那么三维模型的精度就应该在十五厘米到二十厘米之间，同时相对应的量测的精度也应该达到二十厘米以内。
三、倾斜摄影三维建模
1.准备工作，在三维建模前，需要进行一系列的准备工作，主要包括：（1）整理原始影像数据；（2）创建EO文件，就是按照一定的格式和一定的顺序创建关于各种数据参数信息的Excel表格；（3）将影像导入软件中，为后期的数据处理、模型建立做准备。
2.空三加密，该算法从图像中自动提取大量的特征点，并对这些特征点进行多角度匹配，从而找到每幅图像中对应的外方位元素。完成空中三角加密后，你可以查询一些位置信息或情况，例如空中三角测量的位置密度、每幅图像的覆盖范围、整条飞行带的飞行情况等。
3.导入控制点，通常情况下，导入控制点后，需要再次进行空三加密操作。如果在前三个空加密之前通过EO文件导入块，则可以省略此步骤。空三加密后进入控制点的原因是进入控制点后进行二空三加密所需的时间明显少于进入控制点后进行一空三加密所需的时间，通过空三加密可以进一步了解飞行安全带的信息，提高了寻找控制点对应位置的效率。
4.模型贴图，完成上述所有工作后，需要对模型进行分块，该工作是通过选择tile的尺寸完成。分块结束后，需要将Smart3D计算结果不太理想的部分导出，导出到第三方软件内并进行编辑修改，从而快速整合数据，进而保障数据的更新、保障数据的准确性和有效性。通过Smart3D回炉功能，将修改后的模型进行重新整合输出，最终构建出实景的三维立体模型。
参考文献
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作者简介：陈杭，男，1989年7月， 湖北罗田县 ，汉，大学本科，工程师， 工程测量、管线探测。