王明柱

（浙江華東建設(shè)工程有限公司，杭州 310010）

1 引言

傾斜攝影技術(shù)的功能豐富，可同時(shí)滿足定位、圖像和攝像等多重要求，可選擇運(yùn)動(dòng)速度較快的固定翼或較為穩(wěn)定的多旋翼，并搭載攝影設(shè)備以及傳感器等，在較短時(shí)間內(nèi)全方位采集地理信息【1】?，F(xiàn)階段，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的重要性逐步提高，是城市三維建模的關(guān)鍵技術(shù)。

2 無人機(jī)傾斜攝影

2.1 無人機(jī)技術(shù)

無人機(jī)以無線電的遙控作為主要的運(yùn)動(dòng)控制裝置，根據(jù)需求規(guī)劃航線達(dá)到特定的高度，通過配套相機(jī)等裝置可完成攝影等工作。無人機(jī)的組成包含機(jī)體、螺旋槳、機(jī)翼等，兼具速度快、受限較小、成本低等多重優(yōu)勢(shì)。

2.2 傾斜攝影技術(shù)

國(guó)際測(cè)繪技術(shù)逐步發(fā)展之下，傾斜攝影技術(shù)孕育而生，其突破性意義在于改變了傳統(tǒng)的正面攝影方式，解決了垂直角度拍攝的局限性，適配多個(gè)傳感器，通過無人機(jī)的運(yùn)行從多個(gè)角度采集信息，從而創(chuàng)建具有三維立體感的圖像?；趦A斜攝影技術(shù)的應(yīng)用，生成的三維立體模型能夠更為全面且直觀地呈現(xiàn)信息，提高了三維視場(chǎng)的可讀性，豐富了地理信息，用戶在此過程中也可獲得更強(qiáng)烈的真實(shí)體驗(yàn)感。

2.3 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

1）無人機(jī)具有較強(qiáng)的運(yùn)行能力，其飛行高度合理，可從多個(gè)角度完成相應(yīng)工作，如拍攝、測(cè)量數(shù)據(jù)信息等。

2）影像間具有緊密的關(guān)聯(lián)，即相鄰影像存在一定程度的重疊，有助于全面呈現(xiàn)地理信息。有效解決了傳統(tǒng)方式下人為干擾過大的問題，全程均可實(shí)現(xiàn)信息的自動(dòng)化匹配，計(jì)算機(jī)依據(jù)程序高效執(zhí)行命令。

3）現(xiàn)實(shí)模型的信息豐富，紋理清晰可見，在傳統(tǒng)的垂直攝影方式中，只具備獲得物體頂層紋理的能力，而對(duì)于側(cè)面紋理的展現(xiàn)力度不足，在應(yīng)用傾斜攝影技術(shù)后，可同時(shí)呈現(xiàn)多角度的紋理。

4）投入成本少，得益于傾斜攝影技術(shù)運(yùn)行效率較高的特點(diǎn)，采集信息以及建模都可高效完成。

3 無人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)

在某城市的三維建模工作中，以無人機(jī)為主要?jiǎng)恿ρb置，搭載市面較為主流的Canon 5D Mark Ⅱ數(shù)碼相機(jī)，各自從特定的角度獲取影像數(shù)據(jù)，再利用PixelGrid 展開對(duì)影像的聯(lián)合空中三角量測(cè)，通過此途徑確定各影像所對(duì)應(yīng)的外方位參數(shù)，再創(chuàng)建三維模型，用于反映城市的建筑物組成以及空間情況。

3.1 無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的組成

無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的實(shí)現(xiàn)得益于多個(gè)部分的協(xié)同作用：飛行系統(tǒng)最為基礎(chǔ)，為無人機(jī)的飛行規(guī)劃好線路，使其沿著特定的軌跡運(yùn)行，期間完成拍攝作業(yè)；飛行平臺(tái)主要用于放置攝影機(jī)，使其維持穩(wěn)定，在快速飛行過程中依然可順利拍攝；地面控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)的是數(shù)據(jù)的接收，如源自無人機(jī)的圖片、測(cè)區(qū)內(nèi)關(guān)鍵的地理信息等；數(shù)據(jù)輸送系統(tǒng)具有調(diào)度的功能，發(fā)出指令并促使設(shè)備做出特定的行為。

3.2 無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量

做好前期準(zhǔn)備工作是順利完成無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量的關(guān)鍵【2】，例如，確定各項(xiàng)飛行數(shù)據(jù)、高度數(shù)據(jù)、無人機(jī)的型號(hào)等，在基礎(chǔ)信息以及硬件設(shè)備的共同支持下，確保無人機(jī)可沿著規(guī)劃的軌跡飛行，保證高度的合理性，控制拍攝持續(xù)時(shí)間。在完成航行任務(wù)后，對(duì)得到的所有拍攝信息做全面的篩選，以便進(jìn)入到后續(xù)處理環(huán)節(jié)；若不滿足要求，則必須再次拍攝。

3.3 相關(guān)參數(shù)

試驗(yàn)采用了行業(yè)內(nèi)先進(jìn)的睿鉑DG3 傾斜攝影測(cè)量5 鏡頭，5 個(gè)鏡頭分別從頂部、前、后、左、右5 個(gè)角度進(jìn)行拍攝，4個(gè)傾斜鏡頭均采取45°傾角。無人機(jī)搭載了GPS/IMU 設(shè)備，其直接與頂部鏡頭對(duì)接，獲得飛行過程中曝光點(diǎn)的地理位置與姿態(tài)信息。本次傾斜攝影測(cè)量的主要參數(shù)具體如下：

平均飛行高度220m，航向重疊度80%，旁向重疊度70%，頂部鏡頭焦距28mm，傾斜鏡頭焦距40mm，地面分辨率約為0.03m。

3.4 無人機(jī)傾斜影像效果

傳感器是重要的信息檢測(cè)裝置，將其安裝在飛行平臺(tái)上，分別采取垂直、傾斜的角度布設(shè)方式，各自采集影像，可解決傳統(tǒng)方式下拍攝過程中易發(fā)生遮擋或是局部難以捕捉到位的問題，在對(duì)建筑物的測(cè)量中可豐富側(cè)面紋理?；诒敬螖z影測(cè)量所采取的參數(shù)，建筑物的信息得到全方位的展現(xiàn)，將出現(xiàn)在70 多張傾斜影像上，因此影像信息更為全面。

4 基于傾斜攝影和3Ds Max 的三維建模

4.1 建模思想

以傾斜攝影為基礎(chǔ)，再輔以建模軟件，依據(jù)特定的技術(shù)線路（見圖1）有序推進(jìn)各項(xiàng)工作。首先，以得到的影像為基礎(chǔ)，對(duì)其進(jìn)行空中三角量測(cè)，除此之外，還可得到準(zhǔn)確的外方位元素；其次，在上一環(huán)節(jié)所得數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上創(chuàng)建三維模型，即三維重建；隨后，以得到的模型為依據(jù)，對(duì)每個(gè)面做針對(duì)性分析，明確其最佳紋理信息，在此基礎(chǔ)上執(zhí)行紋理自動(dòng)映射；經(jīng)過上述流程后，將模型輸出。

圖1 三維城市建模技術(shù)路線圖

4.2 建模過程

建模的工作內(nèi)容主要有2 類：一是地面建模，其以數(shù)字高程模型DEM 為基礎(chǔ)，共同組成TIN，隨后再進(jìn)一步疊加DOM生成；二是以半自動(dòng)三維建模平臺(tái)為主要工具，將建筑物屋頂結(jié)構(gòu)分類，得到簡(jiǎn)單型和復(fù)雜型2 種形式的建筑。主要以屋頂形態(tài)為劃分依據(jù)，前者包含平屋頂建筑物、圓柱形建筑物等；后者較為特殊，指的是基于簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)量測(cè)建模方法而難以創(chuàng)建完整模型的各類建筑物，其結(jié)構(gòu)組成普遍復(fù)雜，且不具備明確的規(guī)律。為提高建模效率，需以構(gòu)建模型的類型為基本參考，從而開展針對(duì)性的采集工作。

4.3 三維建模

傾斜攝影測(cè)量是順利創(chuàng)建三維模型的必要前提，其對(duì)于模型精度、造型等均會(huì)帶來較明顯的影響。在經(jīng)過無人機(jī)傾斜攝影后，將生成一套較為完整的原始地理數(shù)據(jù)信息，但拍攝環(huán)境復(fù)雜，易受到光線、風(fēng)力等多重因素的干擾，導(dǎo)致原始資料存在部分缺陷，如過曝或欠曝等。對(duì)此，需對(duì)照片進(jìn)行糾正、勻色等，保證三維立體模型的真實(shí)性、可靠性。

5 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用效果

不同于傳統(tǒng)方式，基于無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的應(yīng)用，可從二維轉(zhuǎn)向三維，通過虛擬的方式更為精準(zhǔn)地呈現(xiàn)現(xiàn)實(shí)狀況，為城市管理工作提供了重要支持。

我國(guó)GIS 技術(shù)已經(jīng)較為成熟，可提供實(shí)時(shí)的多維動(dòng)態(tài)表現(xiàn)功能，城市建筑的基礎(chǔ)信息能夠得到深度整合并投射到系統(tǒng)中，彰顯出其專項(xiàng)功能的特質(zhì)。

三維GIS 技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，在較大程度上提高了城市運(yùn)行信息的處理水平，三維城市模型的成型能夠豐富信息面，其不再局限于常規(guī)的編排信息層面。更為重要的是將信息以巧妙的方式融入三維建設(shè)中，為城市智能化發(fā)展戰(zhàn)略提供了重要支持，成為國(guó)土資源管理、道路車流管理等相關(guān)工作的基石【3】，為人們的日常工作乃至生活都提供了便捷化的條件。尤其是在重大的事項(xiàng)中，其高效的優(yōu)勢(shì)更得到充分的彰顯，如業(yè)務(wù)的審批流程加快，辦事效率提高。

正是因?yàn)閮A斜攝影技術(shù)具備較強(qiáng)的地理信息展現(xiàn)能力，因此，人們?cè)诖朔矫娴奶剿髂_步從未停止，促使該技術(shù)的應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)寬、適用能力持續(xù)提升。

6 結(jié)語

社會(huì)和科技均呈現(xiàn)出日新月異的發(fā)展特點(diǎn)，城市三維建模成為多數(shù)城市發(fā)展進(jìn)程中的重要工作，國(guó)內(nèi)外城市在此方面的資金、技術(shù)投入不斷增加?；跓o人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的應(yīng)用，可解決傳統(tǒng)建模方式可靠性不足的問題，但在實(shí)際應(yīng)用中依然有局限之處，值得相關(guān)人員在此方面做更深入的探討。在后續(xù)的工作中，相關(guān)工作人員要把控好總體發(fā)展方向，加強(qiáng)對(duì)細(xì)節(jié)的處理，以用戶的需求為導(dǎo)向，為日常生產(chǎn)、生活提供便捷的條件，助力于國(guó)家公共事業(yè)的發(fā)展。