基于無人機傾斜攝影的實景三維模型數據應用探索

摘 要：通過基于無人機傾斜攝影實景三維模型的一些應用案例，對三維模型在數據生產階段、數據加工階段，大數據深度挖掘利用階段的應用案例做了介紹，探索了三維模型在測繪地理信息行業以及其它行業的產業化應用。

關鍵詞：無人機傾斜攝影；三維模型；三維成圖；斷面提取；三維GIS平臺

引言

傾斜攝影技術是國際測繪領域近年來發展起來的一項高新技術。它顛覆了以往正射影像只能從垂直角度拍攝的局限，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從一個垂直、四個傾斜五個不同的角度采集影像，將用戶引入了符合人眼視覺的真實直觀世界。航空傾斜影像不僅能夠真實地反應地物情況，而且可通過先進的定位技術，嵌入精確的地理信息、更豐富的影像信息、更高級的用戶體驗，極大地擴展遙感影像的應用領域，使遙感影像的行業應用更加深入。無人機搭載傾斜相機的傾斜影像技術的引進和應用，拆掉了航拍作業的門檻，使得航拍作業成本更低、作業模式更靈活，效率更高；在模型精度上，已經達到了厘米級，為三維技術的大規模推廣應用奠定了堅實的基礎。

本文結合作者單位的工作實踐，初步探索了三維模型在一些行業上的應用。本文中提到的三維模型，特指基于傾斜攝影技術的三維模型。

1、三維模型應用的關鍵技術儲備

需要的關鍵技術有傳統測繪技術、計算機集群數據處理技術、三維模型單體化技術、計算機海量數據存儲技術等等。

1.1、傳統測繪技術

首先，測繪知識基礎不可或缺，要獲得帶有地理定位的精確模型，在航拍前期階段就需要做大量的測繪工作準備：GPS控制、水準測量、像控點布設及測量、投影及抵償面的選擇、坐標系的選擇等等，總之，所獲得模型的數學基準要與二維數據體系一致，或者確定換算關系。

1.2、計算機集群數據處理技術

不管用何種工具，三維模型的獲得需要計算機處理海量數據。比之單張拍攝，傾斜攝影一次拍攝5張相片，即時不考慮重疊度，數據已經增加了5倍。要迅速處理數據，必須提升計算機的處理能力，計算機集群處理技術是目前行之有效的選擇。計算機集群（cluster）技術它是將若干臺計算機（或工作站、服務器等）通過互連網絡連接起來，使它們像一臺計算機一樣地工作，從而可以獲得接近于或超過并行計算機計算和處理能力的技術。通過集群技術，可以在付出較低成本的情況下獲得在性能、可靠性、靈活性方面的相對較高的收益，其任務調度則是集群系統中的核心技術。集群是一組相互獨立的、通過高速網絡互聯的計算機，它們構成了一個組，并以單一系統的模式加以管理。

1.3、三維模型單體化技術

傾斜攝影獲得的實景三維模型是一個整體，如果模型不能單體化，則中看不中用。模型單體化方法有全要素分層法，構建矢量面法等。全要素分層對傾斜三維模型按照建筑，水系，道路，電桿、植被、隔離帶等等的對象實現單體和分層管理；通過構建矢量面，完成單體模型屬性掛接，是目前簡便易行的辦法，工作效率高。作者認為，技術無止境，任何一種技術，都以服務客戶，解決問題為根本。新技術的推廣應用要考慮經濟因素、軟硬件設備因素，先讓產品落地，在用戶的使用過程中做好服務，通過用戶的應用體驗改進系統，進一步通過產品升級回饋用戶。

1.4、計算機海量數據存儲技術

在二維數據時代，數據存儲用計算機自帶硬盤已經足夠，容量為4G的電腦，一名技術人員可用好幾年，大不了用移動硬盤將數據導出來。但三維時代，傾斜攝影無人機1天拍攝產生的數據，隨便達到數個G，一個小型城市，傾斜攝影航拍產生的原始數據輕松超過1個T，三維建模階段更是需要消耗數倍于原始數據的存儲空間。數據量因“大”產生的讀取、運算、轉移問題，必須要考慮用專業的硬件架構，關系型SQR數據庫目前尚能滿足需求，今后，可能會趨向于NOSQL非關系型數據庫工具。

2、三維模型的應用

三維模型在數據的獲取階段及數據分析加工階段都有著廣泛的應用。在測繪行業，可以用三維模型生成大比例尺地形圖；提取工程斷面。在GIS應用方面，三維模型是最直觀的基礎數據，三維模型+屬性數據庫技術可以開發基于三維的GIS平臺，在國土、公安、民政、稅務、市政、規劃等行業有著廣泛的應用。

2.1、大比例尺成圖

傾斜攝影航拍分辨率與獲得的三維模型精度約為1：3，從實際測試結果來看，傾斜攝影分辨率達到5cm時，獲得的三維模型精度可以滿足1：1000地形圖成圖要求。傾斜攝影分辨率達到3cm時，獲得的三維模型精度可以滿足1：500地形圖成圖要求。用三維模型成圖，在建筑物密集區、植被覆蓋率高的區域，需要加強實地調繪及補測工作。除此以外的其它區域，優勢明顯，隨著航攝、無人機、建模等相關技術的日趨成熟，傳統的工程測量作業將會逐步航測化，內業化，而效率會越來越高。

2.2、斷面提取

在勘測設計行業，線路設計工作是一個重要部分，傳統線路設計，需要現場踏勘，測設地形圖，在二維圖上選線，再到現場定線，測設斷面，工序多，成本高、工期長，對設計人員經驗要求高。傾斜攝影三維模型可以直接用于勘測公路、渠道、鐵路、地下管線、電力線等線路的踏勘、選線、定線工作。通過原始點云分類處理得到的地面點以及設計給的線路主線，還能自動提取線路路縱、橫斷面。三維測繪技術將給傳統設計工作帶來革命性的變革。

2.3、應用于行業三維GIS平臺

“三維模型+行業”可以形成各行業的GIS平臺，例如，在國土部門可以開發三維不動產管理信息平臺；民政部門可以用于精準扶貧；規劃部門可以用三維技術開發輔助規劃決策信息系統；市政管理部門可以開發三維智慧城市管理信息系統，實現城市部件的智慧化，自動化管理；公安、維穩部門可以使用城市三維模型用于安防布置、反恐、對特定人群的精準定位等。以國土不動產管理為例，不動產登記三維管理信息系統通過將三維實景模型單體化、分戶；將不動產登記信息與三維模型進行有效掛接，實現三維環境下的對戶、自然幢、邏輯幢、宗地信息進行查詢、統計分析；有效克服“外業調查指認落宗耗時耗力、房屋落宗編號耗時長、即時業務辦理不及時”等問題，可以很好的提高不動產統一登記管理的質量和效率。

2.4、應用于招商引資

充分利用互聯網技術，移動互聯網技術，二維碼技術，三維實景技術，通過將三維實景模型與招商引資關聯起來，以動態的方式在三維環境下展示招商區域的經濟狀況，區位優勢，優惠政策；實現在線實景考察招商區域的環境；通過與微信小程序端結合，通過二維碼掃碼，直觀，快捷的了解招商區域的情況，隨時隨地宣傳，查看招商區域情況，實現便利化的在線實景考察。

2.5、VR+實景三維+微信小程序在智慧景區中的應用

實景三維模型+VR+微信小程序可以應用于智慧景區，游客在景區游玩時，通過手機微信可以搜索到附近小程序，或者通過掃碼下載景區VR，有了景區VR，相當于貼身導游，而且是免費的。通過景區VR，游客可以直觀了解景區吃喝玩樂購物等。智慧景區微信小程序，與時俱進，將三維模型應用通過互聯網推送到手機，服務大眾。景區VR還可以關聯景區商戶信息，使得旅游、購物、宣傳推介有機結合，用手機作為媒介更便于大眾接受。

以上案例僅是作者結合本部門案例應用的一部分，僅供業內人士參考。通過這兩年，利用無人機傾斜攝影技術做的一些項目，開發的一些系統，我們確實感覺到了無人機傾斜攝影技術優勢和廣闊的市場潛力。這項技術還可以運用到智慧城市、智慧農業、智慧旅游、智慧水利、應急維穩、搶險救災等方面。我想說的是，當我們測繪地理信息企業，在運用無人機傾斜攝影技術，提高測繪本行業工作的同時，可以多關注、多了解國家、地方的各種政策，政府各部門的一些需求，這樣就可以讓無人機傾斜攝影成果得到更廣泛的運用，挖掘更多的價值。

作者簡介

金輝 籍貫甘肅榆中縣，生于1973.06，男，1998年畢業于西安工程學院測繪工程系（現長安大學地測學院）工程測量專業，現就職于新疆兵團勘測設計院（集團）有限責任公司任測繪地理信息院。任航測遙感室主任，高級工程師，從事航測遙感及GIS項目。