倪自強(qiáng)

（長(zhǎng)江三峽勘測(cè)研究院有限公司（武漢））

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在城市三維建模中的應(yīng)用

倪自強(qiáng)

（長(zhǎng)江三峽勘測(cè)研究院有限公司（武漢））

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是近年來(lái)國(guó)際遙感領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)。傾斜攝影測(cè)量技術(shù)不僅能真實(shí)反映地物信息，而且通過(guò)定位技術(shù)、地理信息、影像信息，提高了航拍影像處理速度，從而自動(dòng)化建設(shè)三維模型。而智慧城市的建設(shè)過(guò)程中，需要三維模型的支撐，因此將傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用在智慧城市中，能提高三維建模的速度。

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)；智慧城市；三維模型

1 引言

我國(guó)正處于城鎮(zhèn)化快速發(fā)展過(guò)程中，城鎮(zhèn)化帶來(lái)的城市人口、城市交通、城市環(huán)境等問(wèn)題日益突出。為了實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展，國(guó)家提出了智慧城市的理念。所謂的智慧城市就是利用先進(jìn)的信息技術(shù)，對(duì)城市進(jìn)行智慧管理和運(yùn)行，促進(jìn)城市和諧發(fā)展。傾斜攝影測(cè)量技術(shù)結(jié)合了GPS、圖像處理、攝影測(cè)量、GIS等技術(shù)，在高速飛行的物體上搭載GPS、傾斜相機(jī)等傳感器和設(shè)備，能夠快速、全面、精確、實(shí)時(shí)地采集空間地理信息傾斜攝影。因此在國(guó)土安全、測(cè)繪、城市管理中應(yīng)用十分廣泛。

2 傾斜攝影測(cè)量

2.1 傾斜攝影測(cè)量概念

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是近年來(lái)國(guó)際測(cè)繪領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，它顛覆了過(guò)去正向攝影從垂直角度拍攝的局限性，而是在同一臺(tái)飛行器上搭載多臺(tái)傳感器，從5個(gè)或者更多個(gè)角度采集地面信息圖像，從而給用戶營(yíng)造真實(shí)的視覺(jué)體驗(yàn)。

2.2 傾斜攝影測(cè)量特點(diǎn)

傾斜攝影測(cè)量具有以下特點(diǎn)：

1）能夠真實(shí)反映周圍物體的真實(shí)情況。與正射影像相比，傾斜攝影讓人從多個(gè)角度去觀察事物，能夠更加真實(shí)地反映出事物的實(shí)際情況，從而彌補(bǔ)了正射影像的局限性。

2）傾斜攝影測(cè)量技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)單張攝影量測(cè)。通過(guò)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)和配套的軟件，能夠?qū)z影影像的高度、長(zhǎng)度、面積、角度和坡度等進(jìn)行量測(cè)。

3）可以采集建筑物側(cè)面信息。在三維數(shù)字城市應(yīng)用中，利用傾斜攝影技術(shù)大規(guī)模成圖的特點(diǎn)，從傾斜攝影批量提取相關(guān)紋理信息，降低了城市三維建模的成本。將傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用在城市規(guī)劃、城市管理、軍事活動(dòng)等領(lǐng)域，具有其他數(shù)據(jù)無(wú)法取代的價(jià)值。傾斜攝影測(cè)量能夠讓指揮者和決策者看到比正射影像更多的影像資料，比如傾斜影像測(cè)量能夠看到房屋一些側(cè)面的安全出口，傾斜影像任意兩點(diǎn)之間都可以通過(guò)軟件進(jìn)行精確的計(jì)算，在城市反恐活動(dòng)中，能夠計(jì)算通視距離、制高點(diǎn)等；在解救人質(zhì)等緊急行動(dòng)中，能更好地輔助決策。

3 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在智慧城市中的應(yīng)用

3.1 城市概況

南昌市，氣候濕潤(rùn)溫和，日照充足，屬于亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候。是與長(zhǎng)三角城市群、珠三角城市群和海峽西岸城市群相毗鄰的城市。在智慧城市發(fā)展方面也處于全面領(lǐng)先水平，將重點(diǎn)發(fā)展市智慧電網(wǎng)、智慧金融、智慧管網(wǎng)、智慧照明、智慧監(jiān)測(cè)等內(nèi)容，依托大數(shù)據(jù)建立智慧產(chǎn)業(yè)集群。南昌市的高新區(qū)、紅谷灘新區(qū)、東湖區(qū)等先后開啟了智慧城市建設(shè)步伐。預(yù)計(jì)通過(guò)3～5年的時(shí)間，加快新區(qū)的信息化、網(wǎng)絡(luò)化，構(gòu)建城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)和公共信息服務(wù)平臺(tái)，建設(shè)智慧環(huán)保、國(guó)土系統(tǒng)，打造便捷服務(wù)、電子政府系統(tǒng)等。

3.2 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量構(gòu)成

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)由飛控系統(tǒng)、飛行平臺(tái)、地面監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、任務(wù)設(shè)備以及地面保障設(shè)備組成。飛控系統(tǒng)控制無(wú)人機(jī)的導(dǎo)航、定位和飛行；飛行平臺(tái)主要是搭載無(wú)人機(jī)設(shè)備并執(zhí)行航拍任務(wù)；地面監(jiān)控系統(tǒng)主要接收、存儲(chǔ)、顯示、回訪無(wú)人機(jī)的高度、速度、方位、航向等飛行數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)負(fù)責(zé)地面監(jiān)控站與飛行控制系統(tǒng)、機(jī)載設(shè)備的數(shù)據(jù)和指令控制信息的傳輸；任務(wù)設(shè)備主要是獲取航拍影像和存儲(chǔ)；地面保障設(shè)備主要為無(wú)人機(jī)飛行任務(wù)提供基本的保障。

3.3 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量之前，需要對(duì)待飛行區(qū)域的行政數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)等信息，選擇合適的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)。比如無(wú)人機(jī)的型號(hào)、尺寸、電池的續(xù)航能力、拍攝角度等。并根據(jù)這些信息確定無(wú)人機(jī)的航高、航拍軌跡、拍攝時(shí)間。無(wú)人機(jī)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的路線進(jìn)行傾斜攝影。飛機(jī)結(jié)束以后。整理拍攝的相關(guān)數(shù)據(jù)資料，如果符合要求，則將攝影資料提交給相關(guān)單位；如果不符合，無(wú)人機(jī)要重新飛行拍攝。

3.4 三維建模

三維建模是傾斜攝影測(cè)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，建模的質(zhì)量直接影響后期的應(yīng)用效果。通過(guò)無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量后，獲取了南昌市測(cè)繪區(qū)域的原始影像數(shù)據(jù)資料。在拍攝過(guò)程中，受到光線、拍攝角度的影響，原始影像資料在飽和度、亮度和色相方面存在一定的差異，所以要對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一處理。通過(guò)校驗(yàn)場(chǎng)對(duì)POS系統(tǒng)進(jìn)行校驗(yàn)，然后對(duì)POS數(shù)據(jù)解算，利用POS數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、地面控制點(diǎn)數(shù)據(jù)得到每一張航片的精確方位元素。通過(guò)垂直影像、傾斜影像數(shù)據(jù)、三角測(cè)量技術(shù)，以及影像密集匹配技術(shù)，得到基于真實(shí)影像高密度點(diǎn)云的實(shí)景數(shù)字表面模型數(shù)據(jù)。然后，將統(tǒng)一化處理的影像數(shù)據(jù)資料以像素級(jí)別的分辨率紋理映射到實(shí)景數(shù)字模型的表面，生成一個(gè)初級(jí)全要素的城市三維模型圖。在這個(gè)環(huán)節(jié)，需要借助一些三維建模軟件，常見的 有 3Dmax、AE、Smart3DCapture等軟件。最后通過(guò)一些輔助手段對(duì)三維模型圖進(jìn)行修改、補(bǔ)漏和細(xì)化處理，從而得到一個(gè)比較全面、精細(xì)的城市三維模型。

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在南昌市智慧城市測(cè)量中使用了Smart3DCapture三維建模軟件Smart3DCapture是目前最先進(jìn)的全自動(dòng)三維建模軟件，它通過(guò)簡(jiǎn)單的照片就可以生成高分辨率的真實(shí)三維模型，整個(gè)過(guò)程不需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)，生成速度非?？?，一般需要幾十分鐘或者幾個(gè)小時(shí)就可以完成數(shù)據(jù)處理，建立簡(jiǎn)單、全自動(dòng)、真實(shí)的實(shí)景真三維模型，而且這種軟件的兼容性非常好，可以輸出不同格式。此次南昌智慧城市測(cè)量中無(wú)人機(jī)使用了一個(gè)垂直鏡頭和兩個(gè)傾斜鏡頭，設(shè)計(jì)了14條航線，獲得了30000km2內(nèi)的高分辨率的地物影像資料，共有數(shù)據(jù)資料7G。通過(guò)Smart3DCapture軟件的強(qiáng)度計(jì)算能力，結(jié)合GIS技術(shù)、三維仿真技術(shù)和可視化技術(shù)，可以得到一個(gè)逼真、實(shí)景的三維模型。

4 結(jié)束語(yǔ)

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量通過(guò)先進(jìn)的定位技術(shù)，讓用戶獲得了更真實(shí)、準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)，大大提高了地理信息測(cè)繪的效率，降低了城市三維建模的成本，將其應(yīng)用在城市規(guī)劃和建設(shè)中，提高了城市規(guī)劃的科學(xué)性和合理性。從2010年開始，我國(guó)很多機(jī)構(gòu)、企業(yè)進(jìn)行了積極的探索，也取得了一定的成就。但是目前該項(xiàng)技術(shù)還不成熟，還需要進(jìn)一步的研究和探索。

[1] 趙宏,杜明成,吳俐民,等.基于傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的智慧城市5D產(chǎn)品制作工藝實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)繪工程,2016,25(9):73-76.

[2] 曲林,馮洋,支玲美,等.基于無(wú)人機(jī)傾斜攝影數(shù)據(jù)的實(shí)景三維建模研究[J].測(cè)繪與空間地理信息,2015(3):38-39.

[3] 陳昕.無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在建筑規(guī)劃竣工測(cè)繪中的應(yīng)用[J].城市勘測(cè),2017(1):82-85.

[4] 樊建強(qiáng).土默特右旗傾斜攝影三維建模技術(shù)應(yīng)用[J].江西測(cè)繪,2016(3):47-48.

[5] 王均,羅祥勇,陳海燕,等.傾斜航空攝影:觀察世界的新角度[J].中國(guó)測(cè)繪,2013(3):42-45.

Application of UAV Oblique Photogrammetry in 3D Modeling

NI Zi-qiang

(Wuhan Three Gorges Survey & Research Institute Co., Ltd.（Wuhan）)

The tilt photogrammetry technology is a new technology in the field of international remote sensing developed, tilt photogrammetry technology can not only ref l ect the real object information, and through the positioning technology, geographic information,image information, improve the aerial image processing speed, and automatic 3D model construction. And the process of building a smart city need, 3D model support, so the tilt photogrammetry technology used in the wisdom of the city, can improve the modeling speed.

oblique photogrammetry; smart city; 3D model