無人機傾斜攝影實景三維技術研究

凌文軍

摘要：智慧城市建設中，地理信息是不可或缺的重要基本要素，可以為城市規劃提供參考依據。而傳統的測量方式體現出一定的局限性，依然需要投入大量人力、物力，因此，應加強對現代化測量技術的合理運用，編制科學完善的技術應用方案，有助于提高地理測繪質效。分析了影響地理測繪中建模質量的主要因素，總結了無人機傾斜攝實景三維技術應用中的關鍵技術與基本要求，設計了無人機傾斜攝影實景三維技術的應用流程，旨在強化測量作業的實效性，保證測量數據的準確性。

關鍵詞：無人機? 傾斜攝影? 實景三維技術? 智慧城市

Research on the 3D Real Scene Technology of Drone Tilt Photography

LING Wenjun

（Pingxiang Land and Space Survey and Planning Institute， Pingxiang，Jiangxi Province，337000 China）

Abstract： In the construction of smart cities， geographic information is an indispensable important basic element， which can provide a reference basis for urban planning. However， traditional measurement methods have certain limitations and still require a large amount of manpower and material resources， so it is necessary to strengthen the rational application of modern measurement technology and develop scientific and sound technical application plans， which helps improve the quality and efficiency of geographic surveying and mapping. This article analyzes the main factors that affect modeling quality in geographic surveying and mapping， summarizes the key technologies and basic requirements in the application of the 3D real scene technology of UAV tilt photography， and designs the application process of the 3D real scene technology of UAV tilt photography， aiming to strengthen the effectiveness of measurement work and ensure the accuracy of measurement data.

Key Words： UAV; Oblique photography; 3D real scene technology; Smart city

通過對無人機傾斜攝影技術的利用，能夠實現對三維模型的自動創建和匹配，為城市規劃中的數字化建設提供技術支撐。同時，基于對無人機傾斜攝影實景三維技術的分析與利用，能夠形成健全的測量技術應用體系，與傳統的測量技術相比，體現出更強的準確性和專業性，可為更加高效的城市化建設提供可靠依據。

1 影響建模質量的主要因素

1.1 場景因素帶來的影響

針對無人機傾斜攝影實景三維技術的應用來說，通常會運用到很多場景中。當應用在反光面場景時，如玻璃、水面或者大面積單一紋理建筑物等，在此種場景中，無法針對物體的紋理信息進行真實反映，即便提高原始數據質量，也很難達到改善模型效果的目的。在慢速運動物體的應用中，以路口行駛的汽車為例，也無法通過提高原始數據質量改善模型效果。同時，對于隨風晃動的植被而言，如灌木叢[11]?、樹木等，在此種場景中應用傾斜攝影實景三維技術，容易在特征匹配環節出現較大偏差，雖然可以采用提高模型分辨率的方式針對模型效果進行改善，但很難得到理想的效果。此外，對于鏤空的建筑物來說，包括護欄、高壓線及鐵塔等，可采用提高模型分辨率的方式實現對模型效果的改善，但也無法獲得良好的改善效果^[1]。

1.2 飛行因素帶來的影響

除了場景因素會影響建模質量外，應用無人機傾斜攝影實景三維技術的過程中，建模質量還容易受到飛行因素的影響。如數據采集設備、航飛作業參數設置、建模軟件等，均為重要的質量影響因素，容易出現建筑錯位、拉花、光影斑駁以及黏連等情況。面對上述問題，可利用后期軟件修補進行改善，但通常涉及到較大的作業量，需投入較多的人力、物力資源，一定程度上增加了投入的成本。

2 無人機傾斜攝影實景三維技術的作業要點

進行無人機傾斜攝影實景三維測繪的過程中，應做好測繪現場的勘查工作，了解測區實際特點，確保影像瓦片間接邊顏色的一致性，保證城區部分道路標線和活力。因為對于實景三維構建而言，建筑物結構是重要基礎，而在自動建模構建的不規則三角網的影響下，墻體出現凹凸不平現象的概率較高，所以，須采用人工操作的方式處理精細化部分。此外，避免實景三維場景中出現懸浮物，對于缺少樹干的樹冠部分來說，需進行針對性處理，強化整體的合理性，立足于電桿及路燈的角度，應做好相應的替換工作，以防因自動匹配效果不符合要求而對后續的使用造成不良影響。在此基礎上，了解應用五視角影像映射紋理時的紋理扭曲現象，主要依托于人工操作的方式完成處理^[2]。

3 無人機傾斜攝影實景三維技術應用中的關鍵技術

3.1 無人機傾斜攝影技術及應用要求

通常對于無人機傾斜攝影測量系統的實際運行來說，需要為測量系統配備5臺高清攝像機，利用專門的軟件生成圖像，之后創建點云區域模型。傾斜攝影測量系統與正射影像相比，可以通過輸出的影像從多個角度針對地物進行觀察，體現出很強的清晰性，能夠讓地物的情況反映更加真實。相較于傳統的移動測量方式，無人機傾斜攝影測量系統的準確性與效率更高，是三維城市模型構建的重要技術支撐。運用無人機傾斜攝影技術的過程中，應選擇晴好的天氣進行數據采集，避免受到飛行環境及天氣變化的影響，防止出現航帶色差、噪聲及光照不均衡問題。此外，此項技術的運用可以強化面積較小地物的清晰性，并創建相應的模型作為參考。

3.2數據預處理技術及其應用要求

數據預處理是無人機傾斜攝影實景三維技術應用中的重要環節，要求對參數信息、位置信息及影像信息進行檢查，主要涉及傾斜影像預處理、像控點信息預處理及POS信息預處理三項重要內容。首先，對于傾斜影像預處理而言，具體指完成飛行任務后，應第一時間落實影像的檢查工作，明確是否滿足規定要求，將無POS點對應起降自動拍攝影像進行刪除處理；其次，針對像控點信息預處理而言，相關數據指像控點文件與控制點現場照片等，疊加控制點與POS展示點文件，了解POS數據精度，確保能夠滿足規定要求，在此基礎上進行數據處理；最后，對于POS信息預處理而言，具體指全景相機中流動站采集數據的坐標系為CGCS2000，內部含有6個參數，主要有Kappa、Omega、Phi，以及 X、Y、Z。

3.3 空三加密技術及其應用要求

空中三角測量方式指在立體攝影測量環節，結合對野外控制點的分析，有序落實室內的控制點加密工作，通過計算得到相應的加密點高程，同時明確平面位置的測量方法。因此，需合理運用軟件，利用默認參數，針對影像匹配一次連接點，有效濾除影像中的陰影、云影以及動態物體的影像產生的粗差點^[3]。同時，結合對殘差報告的分析，調整殘差值相對較大的點，將調整后的結果作為基本依據，圍繞連接點位置進行重新計算連接，之后進行至少6次的重復操作，在平差報告數值不再發生明顯變化的情況下，停止操作。通過落實以上工作可以完成自由網平差，配合落實優化后空三結果的轉化，使其成為標準外方位元素格式，配合進行輸出即可進入自動化建模及批量建模環節。空三加密技術的應用流程如圖1所示。

3.4 自動化建模技術及其應用要求

三維建模主要通過利用專門的軟件，如街景工廠等，配合分布式計算完成任務處理，很難進行人工干預。因為傾斜攝影邊緣的1～2條航線缺少影像，所以無法順利生成完整的模型，因此，需要針對生產區域進行自定義。針對模型生產過程的中間狀態來說，均有對應的文件夾存儲相關信息，可基于對文件夾內Tiles生成時間的分析，實現對現階段生產狀態的準確判斷。結束自動建模后，須利用3DMAX軟件做好二次處理，以保證各項數據符合規定要求。

4 無人機傾斜攝影實景三維技術的具體應用

4.1 無人機硬件的選擇方法

4.1.1 合理選擇飛行設備類型

現階段的測繪工作中，市場上的無人機類型較多，將動力系統作為依據進行劃分，主要分為內燃機動力與電池動力。按照飛行方式進行劃分，則包含固定翼與旋翼兩種。因為在無人機實際飛行過程中，容易產生機身震動，從成像質量的角度出發進行分析，電池動力型無人機的成像質量較內燃機動力型無人機高。立足于續航時間和飛行作業效率的角度，能夠了解到固定翼型無人機擁有更高的作業效率?；趯︼w行穩定性的分析，旋翼型無人機擁有更強的飛行穩定性，需結合實際情況與測繪需求進行合理選擇^[4]。

4.1.2 科學明確攝像頭性能

基于對無人機傾斜攝影實景三維技術的利用，有關部門應該提高對攝像頭的重視，通常依據航測標準進行明確，須保證無人機攝像頭的像素達到3 500萬以上，且開展傾斜攝影的過程中，嚴禁限定單一攝像頭的像素，但是應加強對一次曝光獲取像素的嚴格控制。立足性能層面，航測標準一般要求針對續航傾斜攝像頭的影像能力、作業時間、曝光功能及續航時間等重要參數進行明確，其中傾斜攝影作業時間需不低于90 min，盡量能保證全天候作業，而單個攝像頭一次曝光需在1億像素以上，在此基礎上，加強對定焦鏡頭的利用，保證對焦距離可以達到重疊度的測量要求。

4.2 無人機傾斜攝影實景三維技術的應用要點

4.2.1 依據測量需求規劃航線

規劃航線是無人機傾斜攝影實景三維技術應用中的重要環節，也是不可或缺的首要環節，需要嚴格控制無人機的飛行高度，強化高度控制的合理性。一旦在無人機飛行過程中缺少科學有效的航線規劃作為依據，則很難掌握無人機航行規律，且僅依靠人工操作的方式，無法強化對無人機的全方位掌控。同時，技術人員應重視落實數據信息采集工作，合理控制無人機飛行速度，強化數據信息的準確性、可靠性。此外，多數測區的理想形狀為矩形，此類區域的規劃相對較為簡單，通常需要設定平行航線，之后，合理操縱無人機折返進行拍攝，而遇到不規則的測區時，避免不了會增加航線規劃難度，需做好事先調查與規劃。

4.2.2 準確布設像控點與測量

對于像控點的布設來說，是影響測量結果的主要因素之一，為了強化像控點布設的專業性、科學性，技術人員應該明確像控點布設原則，即如果不設像控點，則需優先選擇不存在爭議的參照物，包含田地、墻角等，針對像控點的實際選擇而言，需保證像控點所在區域內存在起伏明顯的區域。而對于一般像控點的布設來說，其布設邊距應該在1～1.5 cm，可減少攝影測量環節出現數據匹配失誤的概率。此外，為了強化無人機傾斜攝影的實效性，應選擇視野開闊的區域進行像控點的布設，避免選擇遮擋物較多的區域。做好當地交通運輸情況的調查，結合實際需求布設像控點，讓后續的測量作業擁有可靠基礎^[5]。

4.2.3 空中三角的測量與控制

在無人機進行航拍作業的過程中，可以實現對POS數據的自動化存儲，技術人員能在測量作業中，基于對空中三角測量技術的利用，達到加密測量的目的，但在具體操作中需重視相關注意事項。首先，完成數據資料的預處理工作后，應積極建立對應的工程文件，重點落實無人機航拍所得影像的添加工作。其次，向對應的軟件系統中傳導無人機自動存儲的POS數據。再次，有序落實同名點的匹配工作，進而得到相關位置的空中三角測量點云，之后依據無人機傾斜攝影測量獲取的實景影像數據，落實絕對定位的平差處理，待完成相應處理后，針對空中三角數據開展相應的加密結算。最后，提高對控制點的重視，做好導入工作，并進行重新匹配，針對相應的定位進行優化，輸出對應的質量報告，包含空中三角誤差、控制點精度及自檢相機誤差等。

4.2.4 地形圖的繪制與完善

立足于大比例尺地圖制作的角度進行分析，具體操作中，采集的數據是構建三維模型的關鍵基礎。基于此，技術人員應嚴格按照規定要求操控無人機，針對測繪區域內的地貌進行采集，還需獲取不同標記點及地物的影像數據，一旦在測量區域內出現遮擋物，則無法順利落實地貌信息的采集，技術人員應單獨標注無法進行正常采集的區域，并向外業測量人員進行積極反饋，目的是保證此類數據可以得到及時補錄，強化數據信息的完整性。同時，開展線狀地物影像數據的采集工作時，技術人員應保證無人機采集方向與線狀地物走向的一致性，且技術人員需在不存在數據誤差的情況下，利用CASS 10.1軟件平臺進行數據的自動化處理，之后得到被測區域的數字規劃圖，配合人工操作，做好不同采集點的標注，包含地名、建筑物、水系以及高程等^[6]。

4.2.5 強化三維模型創建精度

數字精度消除法為傳統的數字模型問題處理方法，但針對現階段的城市規劃而言，要求通過三維模型針對各類建筑物的參數進行展示，技術人員需加大測量作業環節誤差的控制力度，且需采取有效措施消除數據處理環節產生的數據誤差，目的是強化數據處理的可靠性，保證測量結果的精確性。因為測量誤差是影響無人機傾斜攝影三維建模精度的重要因素，所以，技術人員應重點做好外界影響因素的控制工作，以免出現過大的測量誤差，確保測量精度能夠滿足實際的測量要求。

5 結語

新時期發展環境下，先進科學技術得到廣泛應用，很多行業都將數字化建設作為發展目標，逐步加大在技術研發、技術創新層面的資金投入力度，拓展了相關技術的覆蓋范圍。尤其對于測繪行業來說，無人機傾斜攝影實景三維技術屬于新型技術之一，為了強化測量工作的實效性，應加強對無人機傾斜攝影實景三維技術的研究和利用，熟練掌握技術操作要點，有助于提高測量結果的精確度，讓智慧城市建設、城鄉統籌規劃擁有堅實基礎，為社會經濟建設水平的提升提供充足動力。

參考文獻

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[6]張鵬.基于CIM技術的城市軌道交通三維可視化監管平臺設計與實現[D].合肥：安徽建筑大學，2022.