徐建英

摘要：當(dāng)前建模已由二維平面向更為立體和形象的三維模型轉(zhuǎn)變，使得“數(shù)字城市”等觀念已在各項(xiàng)技術(shù)的支持下，逐漸轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)以跟上城市信息建設(shè)發(fā)展的需求。無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在此過程中發(fā)揮了巨大的作用，為技術(shù)人員提供了與建模相關(guān)更為精確的數(shù)據(jù)。本文從介紹無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的概念與原理入手，探究其在建立三維模型時(shí)所涉及的技術(shù)，并對(duì)建立的模型從精度角度進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：傾斜攝影;三維建模;精度分析;測(cè)量

Key words： tilt photography; 3D modeling; accuracy analysis; measurement

構(gòu)建“數(shù)字城市”首先要建立起該城市的立體三維模型，可通過在獲取復(fù)雜城市空間分布信息的基礎(chǔ)上輸入進(jìn)特定的系統(tǒng)以完成建模[1]。其中，空間數(shù)據(jù)獲取的速度與準(zhǔn)確性直接對(duì)數(shù)字化城市的構(gòu)建進(jìn)度產(chǎn)生影響?，F(xiàn)階段，技術(shù)人員采取在體積較小、操作性強(qiáng)的飛行器上綁定傳感器的方式完成對(duì)城市建筑物的數(shù)據(jù)信息采集工作，一方面避免因人力測(cè)量而帶來的危險(xiǎn)性和難操作性，另一方面也提高了測(cè)量的精度和速度，實(shí)現(xiàn)在采集的同時(shí)完成三維實(shí)景建模。

一、傾斜攝影測(cè)量概述

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)通常依靠無人機(jī)搭載的攝影及傳感設(shè)備來實(shí)施操作，具有體積小、能耗低、靈活快捷等優(yōu)勢(shì)[2]，且能與技術(shù)人員的建模設(shè)備直接相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的即刻傳輸，集二維與三維于一體，避免了單一形式造成的偏誤，是現(xiàn)階段采集城市空間信息較為理想的方法之一。

（一）傾斜攝影測(cè)量原理

傾斜攝影測(cè)量背后的原理在于，首先承載該技術(shù)的無人機(jī)上會(huì)搭載像素較高的攝影設(shè)備與準(zhǔn)確度較高的傳感設(shè)備，當(dāng)攝影設(shè)備的主光軸偏離鉛垂線呈一定夾角時(shí)，對(duì)目標(biāo)建筑開啟采集數(shù)據(jù)任務(wù)[3]。以多個(gè)角度采集的影像資料為參考依據(jù)傳輸?shù)郊夹g(shù)人員的設(shè)備后開始建模，其要點(diǎn)在于通過對(duì)多視角影像反饋的信息施以聯(lián)合平差的方法，避免了周圍遮擋物對(duì)其的干擾，使地理要素彼此之間的連接變得更為順暢，自動(dòng)化程度較高，準(zhǔn)確性也得到了質(zhì)的突破[4]。

（二）傾斜攝影測(cè)量下的支撐技術(shù)

由無人機(jī)承載的傾斜攝影測(cè)量以無人機(jī)飛行控制技術(shù)、基于GNSS與慣性的導(dǎo)航系統(tǒng)、地機(jī)聯(lián)控系統(tǒng)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)等為支撐[5]，在保證飛行設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)下，實(shí)現(xiàn)傾斜攝影的順利實(shí)施。具體為：其一，技術(shù)人員優(yōu)化了飛行器的內(nèi)部框架，將飛行器的控制系統(tǒng)與導(dǎo)航系統(tǒng)作為設(shè)計(jì)的核心，融合了紅外傳感、導(dǎo)航等多重技術(shù)，使技術(shù)人員能夠隨時(shí)控制其飛行的高度、速度、姿態(tài)等，使其能夠在遮擋物較為密集的區(qū)域暢通飛行;其二，技術(shù)人員優(yōu)化了飛行器的氣動(dòng)外形，降低了氣流對(duì)其的飛行阻力，使其具備抵御不良天氣的能力。

二、傾斜攝影測(cè)量與三維模型建立

由無人機(jī)承載的傾斜攝影測(cè)量在建立三維模型時(shí)，通常有四個(gè)步驟：影像配對(duì)、三角測(cè)量、三角網(wǎng)構(gòu)建與密集配對(duì)、紋理匹配。

影像配對(duì)即無人機(jī)搭載的攝影設(shè)備通過傾斜攝影獲得了目標(biāo)建筑不同角度的真實(shí)影像數(shù)據(jù)[5]，為使后續(xù)目標(biāo)影像的融合與識(shí)別工作的順利進(jìn)行，需提前通過算法將反射影像資料的同名點(diǎn)找到，以此建立不同目標(biāo)影像資料間的聯(lián)系。三角測(cè)量該步驟主要采用共線方程的計(jì)算來實(shí)現(xiàn)對(duì)同名點(diǎn)坐標(biāo)、反射目標(biāo)建筑外方位的數(shù)據(jù)等信息的求解。此過程中，為了將上一步驟獲取的匹配信息校正到一致的參考空間中，則必須獲取其在空間中橫豎縱三個(gè)方位的測(cè)量坐標(biāo)點(diǎn)，以此完成對(duì)該數(shù)據(jù)的處理。在上述兩個(gè)步驟完成后，目標(biāo)建筑及周圍方位的正確模型已經(jīng)初步建立。為其變得更為精確與實(shí)物接近，需要將反映的影像資料與目標(biāo)建筑進(jìn)行更為系統(tǒng)和密集的配對(duì)。紋理匹配是三維建模的最后步驟，目的在于對(duì)已建成的模型作表面裝飾。具體是通過將目標(biāo)建筑在二維平面中呈現(xiàn)的特點(diǎn)逐一與三維模型中的細(xì)節(jié)相對(duì)照，在獲取更多詳細(xì)特征信息的基礎(chǔ)上，進(jìn)行紋理的構(gòu)建。

三、探究?jī)A斜攝影測(cè)量建立三維模型的精度

探究由無人機(jī)搭載的攝影設(shè)備對(duì)目標(biāo)建筑進(jìn)行測(cè)量而形成模型的精度，可以從測(cè)量方法與系統(tǒng)本身、反映影像重疊程度、控制點(diǎn)計(jì)算、數(shù)據(jù)計(jì)算與傳輸?shù)冉嵌热胧?。首先，測(cè)量方法與系統(tǒng)本身，這一角度造成的誤差主要跟攝影設(shè)備及傳感設(shè)備本身就存在著一定的不精確性相關(guān)，在設(shè)備外觀與功能完好的情況下，幾乎不會(huì)對(duì)建模結(jié)果造成較大影響。解決辦法可通過定期對(duì)飛行器及其搭載的測(cè)量設(shè)備進(jìn)行功能檢測(cè)，在實(shí)施測(cè)量時(shí)注意當(dāng)天的天氣預(yù)報(bào)。其次，反映影像重疊程度;密集的影像資料傳輸會(huì)帶來信息上的重疊，其可對(duì)三維建模作糾正提供數(shù)據(jù)支撐。通常情況下，可通過同一角度多張影像資料的傳輸解決這一方面存在的誤差。再者，控制點(diǎn)布設(shè)需滿足與目標(biāo)建筑相關(guān)的區(qū)域精度要求，其在數(shù)量、方案及獲取的位置都可能影響模型三角計(jì)算的結(jié)論。最后，由數(shù)據(jù)計(jì)算與傳輸造成的誤差與構(gòu)建三角網(wǎng)時(shí)對(duì)信息的選擇、三角網(wǎng)尺寸的確立、重疊點(diǎn)的選取、紋理對(duì)照數(shù)據(jù)庫的建立與運(yùn)用等多個(gè)角度有關(guān)。

四、結(jié)語

與“數(shù)字城市”相關(guān)理念的提出，是我國信息化技術(shù)發(fā)展的見證，也是當(dāng)前進(jìn)行城市空間管理與布局的必然要求[6]。通過無人機(jī)搭載攝影與傳感設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)建筑或區(qū)域進(jìn)行傾斜攝影與測(cè)量，從而完成數(shù)字化三維模型構(gòu)建的過程，需要較多技術(shù)的融合支撐。在其實(shí)施過程中，需嚴(yán)格按照程序流程和保證無人機(jī)設(shè)備功能與外觀正常的情況進(jìn)行，以提高建模的精度。

參考文獻(xiàn)：

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