唐婷婷，楊晶晶

（1.中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心江蘇總隊，南京 211135；2.河北匠安科技有限公司，河北 三河 065200）

1 引言

在三維建設(shè)模型迅速發(fā)展的“數(shù)字城市”建設(shè)過程中，城市的三維模型的重要性越來越突出[1]，它作為“數(shù)字城市”建設(shè)的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在防災(zāi)救災(zāi)和文化保護中也有很大的作用。

在測繪地理信息行業(yè)， 具有真實視覺效果的三維模型一直是廣大測繪從業(yè)者所追求的目標。 傳統(tǒng)的二維數(shù)據(jù)和影像越來越無法滿足社會生產(chǎn)和生活需求。 在規(guī)劃、設(shè)計、交通等方面，立體化發(fā)展要求獲得更加真實的三維模型。 然而無人機是建設(shè)“數(shù)字城市”的一個重要工具，傳統(tǒng)的二維測量工具，像經(jīng)緯儀、全站儀等已經(jīng)不能滿足人們對數(shù)據(jù)獲取的要求，傳統(tǒng)測量手段獲取數(shù)據(jù)慢且不能形象地體現(xiàn)物體的各種特征。 無人機具有靈活快速、使用成本低、風險較小、維護操作簡單等技術(shù)特點，因此，作為一種比較理想的飛行平臺進行局部區(qū)域大比例尺航空攝影是一種經(jīng)濟實用的技術(shù)方案[2]。

現(xiàn)在國內(nèi)外三維建模迅速發(fā)展，建模方法多，三維建模內(nèi)容豐富。 本文是基于攝影測量的建模。 攝影測量建模技術(shù)里，雙目立體攝影技術(shù)屬于傳統(tǒng)技術(shù)，它更多的是得到頂部信息，側(cè)面信息比較少。 傾斜攝影是近幾年國際上新興的一種高新攝影技術(shù)。 本文利用傳統(tǒng)航空攝影測量針對某學校實驗樓進行建模，不受時空限制，效果好。

2 無人機數(shù)據(jù)采集

2.1 無人機平臺

飛行平臺是無人機航測系統(tǒng)的重要組成部分， 它主要負責搭載動力系統(tǒng)、數(shù)碼相機等傳感器、電力設(shè)備、導(dǎo)航儀器等一些飛行必需的設(shè)備， 然后把成像傳感器系統(tǒng)直接送到空中沿著設(shè)定預(yù)設(shè)航線飛行[3]。本次使用的是四旋翼搭載SONY ILCE-6000 數(shù)碼相機的無人機對測試的實驗樓進行航拍。 無人機搭載的相機參數(shù)見表1。

表1 相機參數(shù)

2.2 飛行過程

本次飛行中，不僅要保證像片立體量測以及拼接的精度，還要保證影像的重疊度。 影像重疊度包含了航向重疊和旁向重疊，航向重疊就是相鄰兩張像片在同一航線上的重疊，旁向重疊指的是相鄰航線上的重疊。 本次飛行計劃，飛行重疊度在75%～85%，飛行高度在230 m 左右。 重疊度滿足要求。

飛行結(jié)束后，應(yīng)就地檢查獲取數(shù)據(jù)的質(zhì)量，避免出現(xiàn)因影像質(zhì)量問題而影響內(nèi)業(yè)成圖精度。 飛行任務(wù)完成后開始對照片進行篩選， 剔除掉起飛和降落時候拍攝的影像，只保留航線飛行時拍攝的影像照片。 本次飛行在滿足重疊度的情況下， 需要利用影像裁剪工具對影像的邊緣進行適當裁剪。

經(jīng)過上述改正之后， 獲取的數(shù)據(jù)包括影像照片和POS 數(shù)據(jù)，POS 數(shù)據(jù)由三維坐標（x，y，z）以及3 個偏航角6 個外方元素組成。 本次飛行獲得的POS 數(shù)據(jù)見表2，影像照片如圖1所示。

圖1 影像照片

表2 POS 數(shù)據(jù)

3 Phot oScan 密集點云生成

PhotoScan 是一款基于影像自動生成高品質(zhì)三維模型的成熟軟件。PhotoScan 不需要設(shè)置初始值，也不需要相機檢校，它依據(jù)最新的多視圖三維重建技術(shù)， 能夠?qū)θ我馀臄z的照片進行處理，不需要控制點，能夠由靜止的照片自動生成密集的點云。 照片拍攝的位置也可以是任意的，無論是航攝相片還是高分辨率數(shù)碼相機拍攝的影像都可以使用。

將無人機獲取的POS 數(shù)據(jù)導(dǎo)入PhotoScan 軟件，PhotoScan根據(jù)攝影測量的基本原理，匹配重疊照片間的同名點，計算出照片拍攝位置，搜索并對齊圖片的相同點云[4]。 與此同時采集每張照片的相機的位置并修正相機的參數(shù)。 最后生成稀疏點云和相機位置信息， 根據(jù)相機的位置和圖片自身創(chuàng)建密集點云，生成點云之后在PhotoScan 里的效果圖如圖2 所示。

圖2 Phot oScan 效果圖

4 基于點云的三維建模方法

三維建模工具有很多，本文中用到建模軟件是MicroStation V8i，MicroStation V8i 是一款專業(yè)的CAD 制圖軟件，也是比較基礎(chǔ)的一款軟件。 它集合了二維繪圖、三維建模以及工程可視化等功能，可以適用于公用事業(yè)系統(tǒng)、公路和鐵路、建筑、橋梁、通信網(wǎng)絡(luò)、采礦等領(lǐng)域[5]。 MicroStation V8i(SELECTseries 3）也具有非常強大的擴展性和兼容性，可以通過一些第三方軟件實現(xiàn)諸多特效。

經(jīng)過將點云導(dǎo)入軟件、構(gòu)建線條模型以及調(diào)整紋理之后，完成了整個三維建模，可以看到效果圖。生成的效果圖見圖3。

圖3 Mi cr oSt at i on V8i 效果圖

5 結(jié)論

本文利用某學校試驗樓來構(gòu)建三維模型， 較好地展現(xiàn)了基于攝影測量建模方面的優(yōu)點， 攝影測量能夠快速有效地獲取數(shù)據(jù)成果， 這種建模方法對構(gòu)建單一規(guī)則的建筑物也能夠高效、快速地構(gòu)建出美觀三維模型。 從三維建模模型來看，外形相似度也是比較高的。 所以，此次所用的建模方法是可行有效的，對城市三維建模和數(shù)字城市建設(shè)也有著一定參考意義。通過本次研究， 驗證了攝影測量及建模技術(shù)可較好地為人民服務(wù)，可大力發(fā)展基于無人機影像的災(zāi)后重建，為失去家園的人們重建家園。