摘 要：對傳統(tǒng)的常規(guī)攝影測量系統(tǒng)進(jìn)行了一定的改進(jìn)和優(yōu)化之后，產(chǎn)生了新型攝影測量系統(tǒng)——機(jī)載傾斜攝影測量系統(tǒng)。這種新型的測量系統(tǒng)可以獲得地物立面的文理和幾何的相關(guān)信息，有助于構(gòu)建較為精確的數(shù)字城市。根據(jù)當(dāng)前機(jī)載傾斜攝影的發(fā)展情況，作者將對機(jī)載傾斜攝影數(shù)據(jù)在三維建模和單斜片測量中的應(yīng)用進(jìn)行相應(yīng)的探索和論述，為驗證和推廣機(jī)載傾斜攝影測量系統(tǒng)的優(yōu)良性能提供可用參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)載傾斜攝影；測量系統(tǒng)；三維建模；單斜片測量

引言

新時代以來，隨著常規(guī)攝影測量技術(shù)的不斷發(fā)展，將傳統(tǒng)的航空攝影技術(shù)和數(shù)字地面采集技術(shù)相融合之后，衍生出了一種機(jī)載多角度傾斜攝影的高新技術(shù)——傾斜攝影技術(shù)。該技術(shù)可以通過搭載在同一飛行器上的多臺或多種傳感器同時獲得同一地面的不同角度的影像，比起傳統(tǒng)的航空攝影技術(shù)來說，可以更加真實、可靠地獲取地面實際情況。在人們長期的研究和發(fā)展中，該技術(shù)的應(yīng)用范圍已擴(kuò)展到測繪、國土安全和城市管理等各種領(lǐng)域，并在長期的使用中逐漸趨于成熟。

1 機(jī)載多角度傾斜攝影測量系統(tǒng)簡介

該測量系統(tǒng)的基本功能模塊由傾斜攝影數(shù)據(jù)獲取技術(shù)和相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)兩大部分共同組成。將攝影相機(jī)和機(jī)載GPS接收機(jī)以及高精度的IMU進(jìn)行高度集成之后，系統(tǒng)可以以此來提升自身的功能特性。在這三個集成組分中，攝影相機(jī)負(fù)責(zé)提供地物影像信息，GPS和IUM則分別負(fù)責(zé)提供地物的位置和狀態(tài)信息，三者齊心協(xié)力共同支撐系統(tǒng)的功能。在測量系統(tǒng)中可以依靠集成定位設(shè)備（或者空中三角測量處理）來為拍攝到的影像提供對應(yīng)的位置信息，以供后續(xù)的數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)使用。傾斜攝影測量系統(tǒng)使得遠(yuǎn)距離測量和分析突破了模型的限制，能夠在傾斜航片上開展。傾斜影像資料在三維建模中發(fā)揮著重要的作用，可以明確地面紋理、屋頂紋理和部分立面紋理。傾斜圖像可以使用戶更加便利的使用地理信息，可以提升地理信息使用覆蓋率增加的速度，更加充分地發(fā)揮地理信息在社會生產(chǎn)生活進(jìn)行和發(fā)展過程中的積極作用。

2 對傾斜攝影測量系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及成果

國外早在上世紀(jì)90年代就展開了對傾斜攝影測量系統(tǒng)的研究，并在長時間的研究和應(yīng)用過程中逐漸成為當(dāng)前研究的熱點和市場的使用方向。其中美國Pictometry公司便是最早進(jìn)行該研究的公司，而且由其研發(fā)的傾斜攝影系統(tǒng)已在北美和歐洲等地得到了廣泛的使用，并影響著人們對地理信息的使用和獲取方式。我國在2010年，首次引進(jìn)傾斜攝影技術(shù)，并將其應(yīng)用與獲取傾斜攝影數(shù)據(jù)。該技術(shù)的引入和運用，開辟了我國搖桿影像應(yīng)用的新視野，并提高了我國在數(shù)字城市建設(shè)方面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取能力和效率。而且，在數(shù)據(jù)處理方面，我國的華正空間（武漢）軟件技術(shù)有限公司自主研發(fā)了基于航空傾斜攝影的地理空間信息和應(yīng)用平臺系統(tǒng)（3DRealWorld）。由華正空間自主研發(fā)的該系統(tǒng)，可以為公共安全和應(yīng)急指揮、通訊以及城市規(guī)劃和軍事等行業(yè)提供真實性和可靠性較好，且具有可測性的三維空間信息服務(wù)。為社會公共事業(yè)和社會經(jīng)濟(jì)、國家安全的發(fā)展和壯大提供了一條極好的路徑。在不斷的發(fā)展中，傾斜攝影技術(shù)拓展了傳統(tǒng)的垂直影像，其功能和觀測面獲得了極大地擴(kuò)展，具體表現(xiàn)如下：（1）可以直接觀測到建筑物的立面；（2）可以直接在影像之上測量物體的長寬高、面積等物理屬性；（3）可以對電桿和燈桿等物體進(jìn)行識別；（4）完善了其數(shù)據(jù)信息的可讀性；（5）拓寬了憑借傾斜攝影的3D觀測GIS數(shù)據(jù)的手段。另一方面，傾斜攝影獲得的資料可以用于三維建模，還可以通過數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)或者激光雷達(dá)得到的DSM來建立建筑物的幾何模型。而對于真實圖像的紋理細(xì)節(jié)的3D模型而言，則可以通過傾斜航空影像技術(shù)與3D塊狀模型技術(shù)的相關(guān)組合交匯得到。

3 機(jī)載傾斜攝影數(shù)據(jù)在三維建模中的應(yīng)用

機(jī)載傾斜攝影測量系統(tǒng)在三維建模中應(yīng)用的主要任務(wù)主要有兩個，一是獲取飛行拍攝的多角度影像，二是同步記錄各種可靠數(shù)據(jù)資料，如POS數(shù)據(jù)和該拍攝區(qū)域內(nèi)DSM數(shù)據(jù)以及矢量圖形數(shù)據(jù)等。在對這些獲得的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行更進(jìn)一步的必要處理后，就可以開始建立基于機(jī)載多角度傾斜攝影影像的三維測量系統(tǒng)。該過程的基本和重要環(huán)節(jié)可以概括為如下的八個：利用POS進(jìn)行傾斜攝影高精度空中三角測量——影像數(shù)據(jù)及輔助數(shù)據(jù)管理與檢索——DSM數(shù)據(jù)管理與檢索——矢量數(shù)據(jù)管理與檢索——影像與DSM融合——影像與矢量數(shù)據(jù)融合——基于影像的三維測量與建?！o予WEB的查詢應(yīng)用。通過這八個環(huán)節(jié)，提供了航拍時同步記錄、數(shù)據(jù)管理和檢索、數(shù)據(jù)訪問接口、DSM數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)管理與檢索、影像與圖形和數(shù)據(jù)的整合重組以及查詢功能，最終實現(xiàn)了傾斜影像的三維建模功能。

在進(jìn)行三維建模過程中，還可以使用三維建模技術(shù)，該技術(shù)的設(shè)計思路與基于機(jī)載多角度傾斜攝影影像的三維測量系統(tǒng)大體相同。在整個設(shè)計過程中涉及到的功能模塊有傾斜攝影影片定位（除DOP、POS和GCP數(shù)據(jù)外，還需用到光束法區(qū)域網(wǎng)平差和高精度位置姿態(tài)數(shù)據(jù)，才能得到經(jīng)過定位定姿的DOP數(shù)據(jù)）、基于傾斜攝影影像的三維測量以及基于DOP的三維建模?；趦A斜攝影影像的三維測量的流程涉及到三個環(huán)節(jié)：LDOP和矢量圖形數(shù)據(jù)——DOP/適量圖形配準(zhǔn)——基于影像的三維測量（測量的內(nèi)容包括位置、長度、高度和面積以及視線等），同時LDOP也可直接進(jìn)入最后一環(huán)，即同時進(jìn)入第二環(huán)和第三環(huán)?；贒OP的三維建模與上述三維測量環(huán)節(jié)類似，也分為三個環(huán)節(jié)：LDOP數(shù)據(jù)和建筑物的矢量圖形數(shù)據(jù)——建筑物幾何模型側(cè)面紋理自動（半自動）映射處理——帶真是紋理的3D模型。

4 機(jī)載傾斜攝影數(shù)據(jù)在單斜片測量中的應(yīng)用

在一些基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)產(chǎn)品中，單斜片測量技術(shù)可以對單張斜片進(jìn)行某些參數(shù)的應(yīng)用測量（諸如地物的高度、面積和長度以及距離等參量的測量）。進(jìn)行單斜片測量中不可或缺的資料有：（1）五臺相機(jī)傾斜攝影影像資料；（2）POS數(shù)據(jù)（或者空中三角加密成果）；（3）包含斜片地幔覆蓋范圍的測量區(qū)域DEM、DOM數(shù)據(jù)。另外，單斜片測量的整個過程中，測量的思路可以歸納為以下環(huán)節(jié)：以獲得的必要數(shù)據(jù)資料為基礎(chǔ)建立待測斜片與DOM數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系——得到一定程度上的傾斜糾正影像——對斜片的一些必要參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的測量，順著這一思路走即可得到單斜片測量的雛形。在進(jìn)行單斜片測量時，常用的方法有兩種：一是根據(jù)DEM來確定動態(tài)比例尺，進(jìn)而計算長度和面積；二是使用景物的特征進(jìn)行約束，如垂直線或者水平線條件約束，再通過計算坐標(biāo)的方式獲取長度測量值。

5 結(jié)束語

機(jī)載多角度傾斜攝影測量系統(tǒng)較多角度攝影測量系統(tǒng)而言，測量角度多變且豐富，既能夠?qū)崿F(xiàn)常規(guī)的地表三維測量，又可以同時獲得更加豐富、完整的地表覆蓋數(shù)據(jù)，將地表三維測量的精確度提升到了更高的水平。另外，該測量系統(tǒng)的應(yīng)用也大大提升了地物信息的使用效率和獲取精度，使得人們調(diào)用地理信息的操作更加簡潔迅速。從文章中的敘述也可知，這種攝影測量系統(tǒng)在數(shù)字城市規(guī)劃中將會產(chǎn)生更加重要的影響和作用，引導(dǎo)數(shù)字城市規(guī)劃的發(fā)展方向。

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