趙 豪

（福建山和科技有限公司，福建 福州 350000）

通過在工程建設(shè)當(dāng)中構(gòu)成必要的三維模型，可以在工程建設(shè)質(zhì)量和效率中發(fā)揮應(yīng)有的作用。為了能夠保證建模效果，可以將無人機(jī)技術(shù)與傾斜攝影技術(shù)有效結(jié)合起來，通過測量技術(shù)構(gòu)建三維模型，在這個(gè)過程中需要保證傳感器中問題信息的精度，保證相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸效率。

1 三維數(shù)字化模型建設(shè)中無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)的基本內(nèi)容

（1）傾斜攝影技術(shù)屬于一種非常先進(jìn)的技術(shù)，通過應(yīng)用飛行平臺完成相關(guān)攝影工作。在實(shí)際攝影中，技術(shù)人員需要采用多角度攝影，如傾斜與垂直等，將物體的各類信息有效呈現(xiàn)出來，保證相關(guān)信息的準(zhǔn)確性和全面性，避免單一角度拍攝帶來的各種問題。

（2）技術(shù)人員在開展特征提取工作過程中，需要對各種影像信息合理進(jìn)行應(yīng)用，合理對圖形類型進(jìn)行劃分，通過獨(dú)立點(diǎn)和相連曲線完成歸類工作，并及時(shí)提出其中控的相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)與測量區(qū)域情況的結(jié)合，從而有效提取出其中的固定位置[1]。

（3）在開展無人機(jī)傾斜攝影測量過程中，需要技術(shù)人員合理對相關(guān)影像進(jìn)行融合，利用同名點(diǎn)完成相關(guān)內(nèi)容的識別工作，并配合相關(guān)算法完成數(shù)字影像的識別。通過視覺計(jì)算與圖像融合有效結(jié)合起來，完成相關(guān)目標(biāo)的檢測工作，從而最終完成相關(guān)準(zhǔn)備工作。隨著傾斜攝影測量技術(shù)的不斷發(fā)展，其在攝影測量、地圖學(xué)和遙感技術(shù)中的應(yīng)用不斷增加，技術(shù)使用非常靈活。通過與內(nèi)部特征點(diǎn)匹配與測量，可以讓DOM、CEM數(shù)字與匹配點(diǎn)的分辨率有效聯(lián)系起來，不同的測量影像特征需要對應(yīng)不同的匹配算法。

2 三維數(shù)字城市建模中無人機(jī)傾斜測量技術(shù)的應(yīng)用

無人機(jī)航測是傳統(tǒng)航空攝影測量手段的有力補(bǔ)充，具有機(jī)動(dòng)靈活、高效快速、精細(xì)準(zhǔn)確、作業(yè)成本低、適用范圍廣、生產(chǎn)周期短等特點(diǎn)，在小區(qū)域和飛行困難地區(qū)高分辨率影像快速獲取方面具有明顯優(yōu)勢。隨著無人機(jī)與數(shù)碼相機(jī)技術(shù)的發(fā)展，基于無人機(jī)平臺的數(shù)字航攝技術(shù)已顯示出其獨(dú)特的優(yōu)勢，無人機(jī)與航空攝影測量相結(jié)合使得“無人機(jī)數(shù)字低空遙感”成為航空遙感領(lǐng)域的一個(gè)嶄新發(fā)展方向，無人機(jī)航拍可廣泛應(yīng)用于國家重大工程建設(shè)、災(zāi)害應(yīng)急與處理、國土監(jiān)察、資源開發(fā)、新農(nóng)村和小城鎮(zhèn)建設(shè)等方面，尤其在基礎(chǔ)測繪、土地資源調(diào)查監(jiān)測、土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測、數(shù)字城市建設(shè)和應(yīng)急救災(zāi)測繪數(shù)據(jù)獲取等方面具有廣闊前景。

2.1 無人機(jī)航測外業(yè)流程

在開展無人機(jī)外業(yè)流程過程中，需要認(rèn)真做好各種控點(diǎn)的布設(shè)工作，然后對航測線路進(jìn)行規(guī)劃，最后再開展航測作業(yè)。在開展工程空中點(diǎn)布設(shè)過程中，由于地勢環(huán)境比較復(fù)雜，直接使用傳統(tǒng)測量技術(shù)，難以保證測量精度，需要采用無人機(jī)航測技術(shù)，利用1∶2 000的比例尺進(jìn)行測量，然后使用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)完成工程點(diǎn)的布設(shè)工作，通常需要每隔300 m布置一個(gè)控制點(diǎn)，并根據(jù)工程的實(shí)際情況設(shè)定合理的控制點(diǎn)數(shù)量。此外，在開展航線規(guī)劃過程中，應(yīng)該根據(jù)工程的具體情況，認(rèn)真做好飛行高度和航測路線的規(guī)劃工作，充分保證航測過程的飛行高度、畫面清晰度。如果整個(gè)飛行路線非常長，可以直接將飛行高度設(shè)定在300 m以上，并將規(guī)劃好的飛行路線導(dǎo)入飛控系統(tǒng)當(dāng)中，并保證無人機(jī)飛控區(qū)域的凈空效果，提升無人機(jī)航測工作開展的安全性和準(zhǔn)確性。最后，根據(jù)設(shè)計(jì)好的航測路線開展航測工作，直到最后獲得各種工程數(shù)據(jù)信息。

2.2 無人機(jī)航測內(nèi)業(yè)處理

在開展無人機(jī)航測工作中，應(yīng)該認(rèn)真做好數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和解算工作。在開展數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作中，應(yīng)該能夠及時(shí)將航測數(shù)據(jù)導(dǎo)出來。及時(shí)對航拍位置和影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，及時(shí)對航向和旁向傾斜角進(jìn)行調(diào)整，及時(shí)對航測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)之前布設(shè)的控制點(diǎn)確定具體的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。在開展數(shù)據(jù)解算工作中，應(yīng)該建立在新建項(xiàng)目基礎(chǔ)之上，直接導(dǎo)出無人機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)位置上建立具體的坐標(biāo)圖，與工程實(shí)際情況有效匹配起來，做好相關(guān)參數(shù)的處理和規(guī)劃工作，根據(jù)控制點(diǎn)位置選擇合適的坐標(biāo)體系，最終完成數(shù)據(jù)處理工作[2]。

2.3 提升環(huán)境體驗(yàn)的真實(shí)感

隨著傾斜攝影測量技術(shù)的不斷發(fā)展，其在三維城市建模中的應(yīng)用不斷增加，通過對相關(guān)模型的合理應(yīng)用，可以保證城市環(huán)境體驗(yàn)感受。隨著城市化的高速發(fā)展，城市當(dāng)中各種建筑的數(shù)量正在不斷增加，為了觀察其整體面貌，很多時(shí)候需要采用更加細(xì)微的角度，通過對傾斜攝影技術(shù)的應(yīng)用，可以搭建一套地區(qū)模型，利用虛擬漫游技術(shù)觀察城市變化。為了提升虛擬空間的真實(shí)性，技術(shù)人員需要搭建一套三維數(shù)字模型，不僅可以營造一種身臨其境的感覺，還可以通過采用相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維環(huán)境的還原，提升人們體驗(yàn)感受。

2.4 改進(jìn)城市建設(shè)

在城市高速發(fā)展的今天，越來越多的城市開始不斷升級城市的功能，智慧型城市已經(jīng)成為主要發(fā)展方向。在制定城市發(fā)展規(guī)劃過程中，需要采用三維技術(shù)搭建智慧型城市，需要相關(guān)人員著重研究傾斜攝影技術(shù)，提升攝影測量水平，保證城市建設(shè)效果。在相關(guān)人員開展工作過程中，需要合理對傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，通過將其應(yīng)用到三維模型當(dāng)中，有效實(shí)現(xiàn)相關(guān)信息的提煉，并利用電子信息完成三維建模工作，為后續(xù)開展城市建設(shè)奠定良好的基礎(chǔ)。

3 三維數(shù)字城市建模中無人機(jī)傾斜攝影機(jī)測量技術(shù)的應(yīng)用

三維數(shù)字城市建模如圖1所示。在實(shí)際使用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)往前，相關(guān)人員應(yīng)該明確各種影像數(shù)據(jù)信息的采集流程，認(rèn)真做好周邊環(huán)境的探測工作，為后續(xù)開展航測工作奠定良好的基礎(chǔ)。在實(shí)際開展現(xiàn)場作業(yè)中，為了保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，需要認(rèn)真做好控制點(diǎn)的挑選工作，合理選擇飛行航線。為了打造更加準(zhǔn)確的模型，需要認(rèn)真做好相關(guān)信息的收集工作，在得到控制點(diǎn)的平面坐標(biāo)之后，再使用專業(yè)的測量儀器完成相關(guān)數(shù)據(jù)的測定工作。很多地形的外貌信息非常復(fù)雜，為了有效記錄相關(guān)信息，需要利用數(shù)碼相機(jī)對現(xiàn)場進(jìn)行拍照，方便后續(xù)開展比對與查找工作。工作人員還可以直接遙控傾斜攝影技術(shù)來獲得跟蹤高程與地理紋理信息，攝影測量系統(tǒng)主要包括地面設(shè)備、傳輸系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)與地面監(jiān)控系統(tǒng)等。在實(shí)際開展拍攝前，需要能夠合理對航攝高度、飛行路線進(jìn)行測量，根據(jù)相關(guān)規(guī)劃開展影像拍攝，然后及時(shí)調(diào)整拍攝后的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)整體質(zhì)量進(jìn)行檢查，然后對通過審核的信息進(jìn)行預(yù)處理，最大程度保證數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性。在航拍取得照片之后，就需要對各種航片數(shù)據(jù)信息進(jìn)行排列，并對每張照片相機(jī)位置完成定位工作，然后根據(jù)定位情況對航片進(jìn)行排列，并最終生成疏點(diǎn)云模型，然后根據(jù)稀疏點(diǎn)云模型計(jì)算特征點(diǎn)與連接點(diǎn)之間的關(guān)系表達(dá)式，并將最終的結(jié)果生成密集點(diǎn)云模型。傾斜攝影技術(shù)如圖2所示。

圖1 三維數(shù)字城市建模

3.1 影像匹配

在本次航拍作業(yè)過程中，使用了五向航拍技術(shù)，在影像匹配過程中需要在不同角度尋找相同的特征，其屬于最為基礎(chǔ)的圖像處理步驟，會(huì)對三維模型精度造成非常直接的影響。其影像特征主要包括幾何特征、顏色特征及紋理特征等，需要確定其在航片中的位置，并能夠以數(shù)字化的方式呈現(xiàn)出來，并利用相似性度量方法判斷同名特征是否匹配，然后利用空間變換模型進(jìn)行求解計(jì)算，最終得到影像之間的幾何變換關(guān)系。在這個(gè)過程中，通常需要完成特征提取，會(huì)使用到SIFT算法，屬于一種非常主流的特征提取方法。其最為常用的點(diǎn)特征提取屬于不變量特征變換。SIFT算法在實(shí)際使用過程中，具有如下特點(diǎn)：①特征的穩(wěn)定性相對較好，圖像在旋轉(zhuǎn)、平移和縮放過程中，并不會(huì)對匹配造成不良的影響，在視角變換和圖像噪聲處理中，也具有非常好的魯棒性。②可以完成多個(gè)維度信息的提取，能夠有效處理各種圖像特征的匹配。③整個(gè)算法相對比較復(fù)雜，對影像匹配計(jì)算量相對較大。

3.2 項(xiàng)目實(shí)施過程

為了有效探尋傾斜攝影技術(shù)在三維模型中的應(yīng)用效果，相關(guān)人員專門開展了測量項(xiàng)目，有必要針對某圖書館建立必要的三維數(shù)字模型。在本項(xiàng)目中使用了多旋翼無人機(jī)，采用了5臺傾斜攝影模塊，無人機(jī)的飛行高度在100 m左右，航向的重疊度在65%，影像分辨率為0.02 m，受到無人機(jī)飛行時(shí)間的限制，試驗(yàn)需要試飛2次，飛行航測路線為6條。

3.3 建模效果

在實(shí)際完成飛行測量工作后，取得了670張現(xiàn)場的圖片，通過使用專業(yè)軟件對這些圖片進(jìn)行處理，直接得到了傾斜與垂直相關(guān)的影像數(shù)據(jù)。為了保證相關(guān)數(shù)據(jù)使用的準(zhǔn)確性，在實(shí)際開展該項(xiàng)目前，相關(guān)項(xiàng)目監(jiān)管人員專門開展了數(shù)據(jù)整合工作，對其中的數(shù)據(jù)嚴(yán)格進(jìn)行了審查，并對發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行了處理，對相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行了整合，為后續(xù)開展檢測工作奠定了良好的基礎(chǔ)。在完成初步建模之后，就需要對實(shí)景建模效果進(jìn)行校驗(yàn)，并對三維實(shí)景結(jié)果進(jìn)行校正，其主要包括對重疊度和相機(jī)的位置誤差進(jìn)行校正。通常情況下，照片覆蓋數(shù)目應(yīng)該能夠達(dá)到9張以上，并通過特殊的數(shù)據(jù)處理提取出其中的各種數(shù)據(jù)信息。為了保證數(shù)據(jù)的精度，需要將相機(jī)的位置誤差控制在±3.5 cm的范圍之內(nèi)，其誤差相對較低，能夠滿足對精度的一般要求。相機(jī)在X、Y向和Z向的經(jīng)緯度總誤差在4 cm以內(nèi)，可以保證足夠的定位精度（見表1）。

表1 平面相機(jī)位置點(diǎn)誤差

3.4 檢測DEM數(shù)據(jù)

在使用傾斜攝影測量技術(shù)完成航測數(shù)據(jù)的拍攝之后，工作人員需要及時(shí)開展DEM數(shù)據(jù)的檢測工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)該測試區(qū)域的高程點(diǎn)，然后根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)的誤差。以某個(gè)高程數(shù)據(jù)為例，該檢查點(diǎn)的高程為40.4 m，在對數(shù)據(jù)進(jìn)行校正之后，其高程數(shù)值為40.4 m，二者的差值為0.001 m。為了保證數(shù)據(jù)的可靠性，可以多取幾個(gè)測試點(diǎn)，經(jīng)過與真實(shí)值進(jìn)行比對，其誤差為-0.001 m和0.026 m，在獲得11組數(shù)據(jù)之后，得到的平均誤差值為0.042 m，該數(shù)值在標(biāo)準(zhǔn)誤差范圍之內(nèi)，表明傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用的可行性，可以直接依靠相關(guān)數(shù)據(jù)完成圖像的拼接，不論是像數(shù)據(jù)還是影像都滿足實(shí)際要求[3]。

3.5 誤差改進(jìn)措施

在實(shí)際采用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)過程中，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)不論采用何種技術(shù)，都會(huì)存在測試誤差，其中很大一部分來源于無人機(jī)自身的誤差，其內(nèi)部帶有成像系統(tǒng)，成像會(huì)存在一定的畸變。在實(shí)際采用無人機(jī)飛行測量作業(yè)中，往往會(huì)受到天氣因素的制約，為了將誤差降低到合理的區(qū)間范圍，不僅需要保證檢測設(shè)備的使用精度，還需要合理選擇航拍模式，采用更加高效率的攝影技術(shù)獲得影像信息或者圖像信息，為開展三維城市建模工作奠定良好的基礎(chǔ)，提升城市測量工作效果。

4 結(jié)語

隨著城市的不斷發(fā)展，人們對開展三維測量作業(yè)提出了更高的要求。針對當(dāng)前三維測量作業(yè)中出現(xiàn)的問題，測量人員應(yīng)該引起足夠的重視，認(rèn)真分析相關(guān)問題發(fā)生的原因，然后及時(shí)采取必要的措施，將先進(jìn)的無人機(jī)測量技術(shù)應(yīng)用其中，提升測量工作開展效率和質(zhì)量。