淺談無人機傾斜攝影測量技術在三維建模中的應用

魏鑫 徐金娟

摘?要：隨著智慧城市建設的開展，對城市建筑區和周邊地區精細三維模型數據的需求不斷增加，無人機傾斜攝影測量技術使得快速獲取高分辨率航空影像、高效建立精細地表三維模型成為可能。本文通過展示無人機傾斜攝影測量技術討論無人機傾斜攝影測量技術在城市三維建模領域中的應用，探討在智慧城市建設中的應用前景。

關鍵詞：傾斜攝影技術;三維建模;應用

傳統方法生產城市三維模型存在周期長、精細程度差、模型類型單一、真實感較差、成本費用高昂等問題，限制了三維信息在行政管理和行政服務中的應用，傾斜攝影技術是近年來在國內外發展起來的三維模型獲取的新技術，具有工期短、成本低和效率高等優勢，為城市三維模型的快速獲取提供了新的選擇。

1.無人機傾斜攝影測量技術概述

1.1 無人機平臺

無人機是無人駕駛航空飛行器的一種，按照飛行方式劃分，目前無人機平臺主要包括固定翼無人機、多旋翼無人機、復合固定翼無人機、撲翼無人機、無人直升機和飛艇等。無人機平臺可攜帶任務載荷，已成為地形測繪、資料調查、規劃設計、環境監測、智慧城市等領域的一個重要支撐。

1.2 傾斜攝影測量技術

傾斜攝影技術近幾年在測繪領域迅速發展，成為獲取地表信息的主要技術手段之一。它從根本上推翻了傳統的正面攝影在垂直角度上拍攝的局限性，通過無人機平臺，以特定的傾斜角度和方向對地面進行攝影，獲取建筑側面影像信息，利用計算機視覺技術將二維圖像快速準確匹配為三維環境信息，從而實現實景三維建模技術。

1.3 無人機傾斜攝影測量技術的優勢

（1）有效降低城市三維建模成本。傾斜攝影技術可獲取建筑物側面紋理信息，相對于普通的無人機相機數據的采集，有效降低城市三維建模成本。

（2）生產效率高。利用無人機平臺的機動性高、快速、經濟的優勢，不管是用于生產實景三維模型還是大比例尺測圖，生產效率高于傳統作業模式的數倍。

（3）相對于正射影像，傾斜攝影反應三維地理信息，能夠從多角度觀察地物，真實表達地物的實際情況，彌補了正射影像應用的不足。

（4）可量測性。利用配套的三維建模軟件，基于計算機視覺技術生成不同各類型的成果，包括高度、長度、面積、角度、坡度、體積、等的量測，拓寬傾斜攝影技術在行業中的應用。

（5）數據量小，易于網絡發布。相較于三維GIS技術應用龐大的三維數據，應用傾斜攝影技術獲取的影像的數據量要小得多，其影像的數據格式可采用成熟的技術快速進行網絡發布，實現共享應用。

2.無人機傾斜攝影測量技術進行三維建模的關鍵因素

2.1無人機傾斜攝影系統組成

無人機傾斜攝影系統主要由無人機平臺、飛行控制系統、地面控制系統、數據鏈路等構成。飛行控制系統能夠按照規劃的航線進行飛行，當無人機在空中正常飛行或受到干擾的情況下能夠保持無人機姿態和航線的穩定，按照地面控制系統的無線傳輸指令，完成導航計算、遙測數據傳送、任務控制與管理等。傾斜攝影系統主要運用多相機一次獲得多角度影像數據，包括垂直影像和傾斜影像。傾斜角一般在35°----45°，使得單一飛行的影像覆蓋寬度就可以達到下視相機的3--5倍。

2.2無人機傾斜攝影測量的主要技術選擇

無人機傾斜攝影測量作業前，根據任務要求選擇合適的飛行平臺、傾斜攝影系統，按照要求進行測區范圍劃定，制定高效、經濟、質量高的飛行航線和飛行方法，選擇合適的實景三維建模軟件，生成高精度、高分辨率、高質量的三維數字成果。

無人機平臺的選擇重點無人機類型、考慮載荷、續航能力、自重、抗風能力、便攜性要求、飛行速度等方面，根據項目要求，選擇合理、低成本、機動性強、效率高的飛行平臺。

傾斜攝影的主要用途是為了建立精細的三維地表模型，而采用傾斜攝影三維建模軟件自動建立精細三維地表模型的效果主要取決于兩個因素：一是傾斜影像的地面分辨率和影像質量，二是傾斜影像對建模區域的覆蓋率。

2.3三維建模軟件

三維建模是傾斜攝影測量的重中之中，模型的質量、造型等將會直接影像后期對它的使用結果。目前，常用的三維建模軟件主要有ContextCapture、PhotoMesh、PhotoScan、Virtuoso3D等。三維建模流程包括原始影像數據導入、影像特征提取和匹配、光束法區域網平差、多視角影像密集匹配、密集點云生成、三角網模型構建與優化、自動紋理映射等步驟。

3.無人機傾斜攝影測量技術的在三維建模中的應用前景

近幾年，隨著無人機技術與計算機視覺技術的日新月異，傾斜攝影測量技術得到迅猛發展，在獲取建筑物、樹木、山地等地物和地貌的紋理細節方面得到了很大提高，高冗余度的影像重疊，為高精度的影像匹配提供了有利條件，實現了基于人工智能的三維實景重建，無人機傾斜攝影測量目前已經成為低空攝影測量的重要手段，應用在測繪、旅游、規劃、應急、電力、環境保護、國情調查等領域。隨著近幾年GIS技術的高速發展，智慧城市正趨向智能化、三維化發展，地理信息數據實現從二維到三維的轉變，為國土資源利用、城市規劃建設、房屋調查管理等提供高精度、高分辨率等地理信息源數據。傾斜攝影測量技術改變傳統的作業方式，大幅提高數據獲取的作業效率，使得出現大量的更好、更豐富、更精確的城市三維模型產品和服務，為我國土地資源、優化國土空間等起到具體作用。

4.結束語

本文主要介紹了無人機傾斜攝影測量技術的大致情況，以及它在三維建模中的突出應用，隨著地理信息技術的發展，城市模式不斷以三維立體作為主要表現形式，無人機傾斜攝影測量技術減少了在人力、物力的投入，并且提高了實景三維建模的工作效率，為我國土地資源利用、國土空間優化、城市規劃建設提供了更精確的城市三維模型產品，推動了地理信息的發展，更好的服務于國民經濟建設。

參考文獻

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