余亨源

（重慶市勘測院，重慶 400000）

0 引言

人們通過深入研究和分析無人機技術，逐漸實現(xiàn)了無人機技術與多種現(xiàn)代化先進技術和多個行業(yè)的深層融合，全面提升了測繪企業(yè)的工作質量和效率，為我國社會的發(fā)展提供了有力支撐。傳統(tǒng)測繪工作需要采用正射影像圖，但其在實際應用中存在較多局限，而無人機傾斜攝影測量技術能夠有效解決傳統(tǒng)測繪工作中存在的問題，并在三維數(shù)字城市建模中呈現(xiàn)出良好的應用效果。

1 無人機傾斜攝影測量技術

無人機傾斜攝影測量技術是新型測量技術，是把無人機作為測量平臺，以無人機搭載傾斜攝影設備及傳感設備的方式進行被測物體數(shù)據(jù)信息測量和采集的綜合測量技術。該技術的應用具有多角度采集測量信息、無人化測量管理、高精度數(shù)據(jù)采集等優(yōu)勢。該技術的應用要點如下。

（1）該技術把無人機作為測量和搭載攝像設備的平臺，利用無人機的遠程航行、智能操控功能完成航行測量。在應用該技術的過程中，航向設計、航線設計及無人機航攝時間都是非常重要技術要點，只有合理設置各項參數(shù)，才能確保合理應用技術，也才能夠提升無人機的應用效果[1]。

（2）該技術在應用過程中利用傾斜攝影設備及傳感設備采集被測物體的信息。在采集信息的過程中，傾斜攝影設備的像素至少為2000萬，攝影的重疊范圍需在60%以上，垂直影像傾角一般不大于5°，最大不超過12°。同時，在測量工作中，要合理布置測量攝影點，進而確保各項攝像測量工作良好開展，提升測量的效果。

（3）無人機傾斜攝影測量技術實質上融合了無人機和攝影測量技術，能夠提升測量工作的效率[2]。在應用該技術的過程中，需要進行測量需求分析、控制點布設測量、數(shù)據(jù)源獲取分析、數(shù)據(jù)預處理測量及控制三角測量，按照上述流程進行測量工作，才能夠確保測量工作的合理性。

2 三維建模技術

在測繪工作開展的過程中應用三維建模技術是為了處理無人機測量的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)導線測量控制應用。在有效應用三維建模技術后，建模工作的開展將更加高效。三維建模技術的使用要點包括以下4個方面。

（1）導入影像數(shù)據(jù)。將無人機測量的影像數(shù)據(jù)導入三維軟件的文件夾中，方便后續(xù)的軟件獲取及數(shù)據(jù)分析。

（2）完成空中三角測量檢查。該環(huán)節(jié)是對測量數(shù)據(jù)的精度進行初步分析和檢查的環(huán)節(jié)。在三角測量檢查中，需要建立X、Y、Z三角平面坐標，并需要利用共線方程原理對三角平面坐標進行檢查，進而實現(xiàn)對平面坐標精度的查驗，并構建平面點之間的相應關系。

（3）完成數(shù)據(jù)預處理。在構建模型之前，對各項查驗過的三維數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)獲取分析，主要進行數(shù)據(jù)去點降噪聲、數(shù)據(jù)差補、數(shù)據(jù)平滑及數(shù)據(jù)光順等工作[3]。在預處理完畢后，數(shù)據(jù)的精度及影像點云數(shù)據(jù)的精度提高，進而提升了數(shù)據(jù)應用的合理性和數(shù)據(jù)測量的效果。同時，預處理有助于落實數(shù)據(jù)處理的各項流程，提升數(shù)據(jù)處理管控的效果。

（4）構建三維模型。在三維軟件完成了數(shù)據(jù)的預處理工作后，就可以構建三維模型。在構建模型的過程中，采用多視覺影像匹配技術對模型進行紋理映射，并在三維軟件中構建Tile文件夾，將不同模塊的數(shù)據(jù)導入不同的文件夾中，實現(xiàn)文件夾的綜合應用，最終通過持續(xù)的數(shù)據(jù)導入和映射實現(xiàn)三維模型的構建。

3 數(shù)字城市建模的要求及特征

三維建模技術能夠有效提高三維建模的質量，為三維數(shù)字城市建設提供有力支持。使用三維建模技術分析數(shù)字化建模數(shù)據(jù)，能夠使數(shù)據(jù)更加高效地融入三維模型，增強數(shù)字化建模效果，同時能使模型更符合用戶的使用要求，該技術在城市的創(chuàng)新發(fā)展中具有較高的使用價值。相關單位應不斷加強三維數(shù)字城市建模管理，采用航拍、三維激光掃描等措施提升三維建模的質效。三維建模技術與無人機傾斜攝影測量技術的有效結合能實現(xiàn)良好的模型管理效果，減少模型的建設成本，具有良好的發(fā)展和應用前景[4]。這兩項技術的有效結合在測繪領域中的應用非常廣泛，并且具有較高的價值，能全面提高測繪工程效果。相關單位應提高模型的生產質效，節(jié)約模型生產的各項費用，保障數(shù)字城市的建模效果。

4 項目概況

某城市不斷加快建設步伐，智能化采集、整合、處理信息數(shù)據(jù)以保證城市治安工作的順利、高效開展，同時使二維空間數(shù)據(jù)轉變?yōu)槿S空間數(shù)據(jù)。當前，該城市開展的智能三維建模項目采用無人機傾斜攝影測量技術，智能三維建模工作開展過程中的關鍵事項是對前期已有三維數(shù)據(jù)信息進行更新，并依托相關數(shù)據(jù)創(chuàng)建新的市區(qū)三維模型。該城市新建城區(qū)占地面積為80 km2，主要建筑內容為該市新建火車站及主干道路，火車站占地面積約為5120 m2。

5 三維數(shù)字城市建模中無人機傾斜攝影測量技術的應用

5.1 應用優(yōu)勢

無人機傾斜攝影測量技術在項目的進程中呈現(xiàn)出以下3個優(yōu)點。

（1）機動性強，成本低，符合多種尺度攝影測量數(shù)據(jù)采集工作開展的標準，并能有效減少城市三維建模的各項費用支出，節(jié)約項目總成本。

（2）智能、自動化。該技術在運用中能夠智能化、自動解決大面積場景的傾斜影響，有效降低工作人員的工作強度，減少人力資源損耗，節(jié)約人工成本，同時能有效避免由人工操作造成的失誤，進一步提升三維建模的準確度。

（3）該測量技術能夠智能化應對高分辨率影響，保證三維建模的效率。

5.2 三維數(shù)字城市建模存在的問題及其成因

無人機傾斜攝影測量技術具有較多的應用優(yōu)勢，但是在實際運用中，由于受到設備、自然環(huán)境、程序算法等各種因素的干擾，該技術在三維建模的過程中會造成視覺偏差、運用障礙等問題。通過研究和分析，發(fā)現(xiàn)該技術當前在運用中存在問題的主要原因有以下4點。

（1）無人機姿態(tài)變化：設備姿態(tài)變化會引發(fā)無人機拍攝重疊度方面的問題。

（2）大氣環(huán)境的影響：大氣環(huán)境的變化會給技術的應用造成障礙。

（3）光照的影響：不同時段的光照存在差異，導致了三維建模中紋理不均勻、破洞等問題。

（4）影像分辨率不高：拍攝的影像模糊，導致建設的模型不清晰。

5.3 建模優(yōu)化措施及建模實踐

針對無人機傾斜攝影測量技術在運用中存在的問題，相關人員應結合實際情況進行建模優(yōu)化。

首先，相關人員應全面分析三維數(shù)字城市建模的實際情況，了解模型的不足，并采用幾何修復優(yōu)化措施有效修補攝影破洞，抹平不均勻的紋理，有效修復凸包位置[5]。

然后，相關人員應結合三維數(shù)字城市的建?，F(xiàn)狀，施行細節(jié)優(yōu)化措施，替換或者有針對性地修飾三維模型的主要地面標志物，科學、合理地修補不均勻的紋理。

最后，工程人員應采用相關技術研發(fā)三維模型輔助編輯系統(tǒng)，全面提升三維拍攝技術的應用質效，并保證幾何修復、紋理修補的成效。三維模型初建和修補后的效果如圖1所示。

圖1 三維模型初建和修補后的效果

某城市三維建模項目在實踐過程中應用無人機傾斜攝影測量技術，根據(jù)150 m航高飛行方案進行三維拍攝工作。在此過程中，無人機搭載3臺相機對新建城區(qū)及火車站進行細致的拍攝和建模，并在拍攝過程中合理利用模型和空中三角測量成果之間的內在聯(lián)系，在空中三角測量糾正影像建設的過程中，通過拉伸實體建造白模，并根據(jù)初始三維模型修繕白模，保證三維建模的成效。

三維建模是數(shù)據(jù)采集工作順利進行的基礎，可以利用傾斜攝影自動批量建模軟件實現(xiàn)多角度、全方位傾斜影像的幾何校正、聯(lián)合平差和多視匹配，獲取可視化三維傾斜模型。相關測繪人員完成三維傾斜建模之后，可借助傾斜影像，高效完成相關地物結構及地貌等多項數(shù)據(jù)信息的采集工作。數(shù)據(jù)采集主要包含以下3個方面的內容。

（1）人工采集地物要素。例如，工作人員采集傾斜影像中各個控制點的信息數(shù)據(jù)，獲得簡單的建筑物輪廓，同時采集建筑物外側面邊線，有效提高采集成果的精度。

（2）自動提取地貌要素三維信息，主要包含等高線、高程點信息的提取工作。工作過程中可借助配套軟件實現(xiàn)自動提取，自動提取的信息經過人工操作后可正式投入使用。

（3）處理要素遮擋問題：工作人員可以借助相片等資料補充測量遮擋位置的信息，也可使用激光雷達技術等穿透能力較強的技術避免要素遮擋問題。

5.4 數(shù)據(jù)處理

（1）數(shù)據(jù)預處理。相關人員需進行航攝數(shù)據(jù)檢查，影像勻光勻色處理等數(shù)據(jù)預處理工作。①檢查傾斜數(shù)據(jù)。在檢查過程中，相關人員應當保證航攝數(shù)據(jù)鏡頭影像的亮度、顏色基本保持相同，在數(shù)據(jù)相同的情況下，可以直接進行空中三角測量加密處理；在數(shù)據(jù)不同的情況下，需進行合理的影像勻光勻色處理。②影像勻光勻色處理。在航空拍攝的過程中，由于受到大氣的影響，光源會發(fā)生折射，因此拍攝的影像經常出現(xiàn)位移、變形、色差等問題，從多視角拍攝的影像色差尤其大，為了保證后續(xù)多視角拍攝影像空中三角測量的精度，需要相關人員科學、合理地使用色調模板進行批量勻光勻色處理，同時保證影像紋理信息完整，確保影像色彩平衡，并確保影像與之前獲得的影像內容一致。

（2）空中三角測量加密處理。傾斜攝影信息數(shù)據(jù)的空中三角測量應進行多視角聯(lián)合平差，在平差過程中需要綜合考量多視角影像的遮擋關系和幾何形變，同時要針對多視角和垂直視角下的影像開展聯(lián)合平差。本工程相關人員應用PhotoMesh軟件針對性地模擬多視角影像地表投影范圍，同時應用從低到高精度的金字塔匹配方法，在各個級別的拍攝影像中實現(xiàn)同名點自動匹配和光束法平差，進而有效獲得同名點匹配結果。相關人員創(chuàng)建連接和控制點的坐標文件，根據(jù)每秒采樣次數(shù)（sample per second,SPS）或慣性測量單元（inertial measurement unit,IMU）數(shù)據(jù)信息進行區(qū)域網平差迭代計算，通過反復聯(lián)合平差結算，最后獲得的平面、高程誤差更加符合精度標準。

5.5 實景三維模型制作

相關人員通過分塊計算建設模型，選擇各個視角的最優(yōu)模型，形成三維尺度密集點云。點云自動轉變成不規(guī)則三角網TIN模型，根據(jù)幾何關系，不斷改善和優(yōu)化TIN模型，依照TIN網中的空間位置信息，獲得與其相關的多視角影像紋理信息，自動賦予模型紋理，輸出三維模型結果。該軟件節(jié)點采用云的形式實現(xiàn)組織管理生產，在實際工作中結合特定位置劃分建模區(qū)域，將作業(yè)區(qū)當作原點中心，自動化合理分塊，同時針對分塊內部多視角影像數(shù)據(jù)開展點云匹配計算，形成高密度點云數(shù)據(jù)。

6 結語

三維數(shù)字城市建模運用無人機傾斜攝影測量技術獲得了良好的效果，提高了城市規(guī)劃和建設的質效。經過合理處理無人機傾斜攝影測量技術采集的數(shù)據(jù)，可構成三維數(shù)字城市模型，模擬城市不同區(qū)域的實際狀況，因此該技術和三維數(shù)字城市模型具有較大的參考意義和較高的價值。