【摘要】文章分析了無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)原理，并對(duì)無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在城市更新中的具體應(yīng)用進(jìn)行了研究，指出無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)通過(guò)高分辨率、多角度拍攝，結(jié)合先進(jìn)的圖像處理與三維建模技術(shù)，為城市更新提供全新的視角和可能性。該技術(shù)不僅提高了城市測(cè)量的效率與精度，還為規(guī)劃、設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)等環(huán)節(jié)提供了寶貴的數(shù)據(jù)支持。

【關(guān)鍵詞】無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量；城市更新；建筑模型

【中圖分類號(hào)】TU984.1 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-6028（2024）11-0081-03

0 引言

常規(guī)的城市測(cè)量方法受限于地面條件、測(cè)量工具以及人力成本等因素，難以全面、準(zhǔn)確地捕捉城市的三維空間信息。而無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)通過(guò)搭載高分辨率相機(jī)，從多個(gè)角度對(duì)城市進(jìn)行拍攝，并結(jié)合先進(jìn)的圖像處理與三維建模技術(shù)，能夠生成高精度、真實(shí)感強(qiáng)的城市三維模型。無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的引入，顯著提高了城市測(cè)量的效率與精度，為城市更新中的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和監(jiān)測(cè)等環(huán)節(jié)提供了寶貴的數(shù)據(jù)支持。

1 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)原理分析

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是一種新興的測(cè)量技術(shù)，通過(guò)無(wú)人機(jī)搭載高分辨率相機(jī)，從多個(gè)角度對(duì)城市或地形進(jìn)行拍攝，進(jìn)而獲取豐富的空間信息。與傳統(tǒng)的垂直攝影測(cè)量相比，該技術(shù)能夠捕捉到更多的地表細(xì)節(jié)和特征，生成更為真實(shí)、準(zhǔn)確的三維模型。無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的核心在于其獨(dú)特的攝影方式和后續(xù)的數(shù)據(jù)處理流程。傳統(tǒng)的攝影測(cè)量主要依賴垂直攝影，即相機(jī)鏡頭垂直于地面進(jìn)行拍攝，該方式雖然能夠獲取到地面的正射影像，但在表達(dá)地表的三維結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)方面存在局限。無(wú)人機(jī)傾斜攝影則通過(guò)調(diào)整相機(jī)的拍攝角度，從多個(gè)方向（如前視、后視、左視、右視等）對(duì)地面進(jìn)行拍攝，從而獲取到更為豐富的地表信息。飛行過(guò)程中，相機(jī)按照設(shè)定的角度和間隔進(jìn)行連續(xù)拍攝，確保能夠覆蓋到整個(gè)目標(biāo)區(qū)域，拍攝得到的傾斜影像數(shù)據(jù)被傳輸?shù)降孛嬲净蛟贫诉M(jìn)行進(jìn)一步的處理[1]。

綜合來(lái)看，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)作為一種具有廣泛應(yīng)用前景的新興測(cè)量技術(shù)，在城市規(guī)劃、地形測(cè)繪、災(zāi)害監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

2 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量在城市更新中的具體運(yùn)用

建設(shè)數(shù)字中國(guó)是數(shù)字時(shí)代推進(jìn)中國(guó)式現(xiàn)代化的重要引擎，是構(gòu)筑國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)新優(yōu)勢(shì)的有力支撐。城市作為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的主體，是落實(shí)國(guó)家戰(zhàn)略部署的重要空間載體。開展高質(zhì)量數(shù)字城市建設(shè)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字中國(guó)戰(zhàn)略部署的重要舉措。因此，2022年4月，石家莊出臺(tái)《關(guān)于支持?jǐn)?shù)字經(jīng)濟(jì)加快發(fā)展的若干措施》，通過(guò)推進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、提升產(chǎn)業(yè)數(shù)字化支撐和服務(wù)能力、引進(jìn)培育市場(chǎng)主體、增強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新投入力度等舉措，致力于打造“中國(guó)數(shù)字新城”，推進(jìn)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。在石家莊市城市更新過(guò)程中，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)發(fā)揮了重要作用。

2.1 基于三維過(guò)程化生成的圖像建模

在城市區(qū)域級(jí)三維建模中，場(chǎng)景及建筑模型的生成是核心任務(wù)?；跓o(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，可以獲取高分辨率、多角度的傾斜影像數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)為三維建模提供了豐富的信息來(lái)源。通過(guò)對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，可以生成城市區(qū)域的三維模型，包括建筑物、道路、綠化等各類元素。三角面元集合的模型組織與生成方法是三維建模中的基礎(chǔ)。在傾斜攝影測(cè)量過(guò)程中，通過(guò)對(duì)影像進(jìn)行特征提取和立體匹配，生成初始的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后利用三角剖分算法將點(diǎn)云數(shù)據(jù)組織成三角面元集合，形成初步的三維模型。該方法能夠有效地表達(dá)地表的三維結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)，為后續(xù)的建模工作提供基礎(chǔ)。

在三維過(guò)程化生成的建筑模型網(wǎng)格生成方法中，需要注重建筑模型的細(xì)節(jié)和真實(shí)性。通過(guò)對(duì)傾斜影像進(jìn)行深度學(xué)習(xí)和語(yǔ)義分割，可以識(shí)別出建筑物的不同部分，如墻體、樓柱、樓層面等。然后，利用網(wǎng)格生成算法，根據(jù)各部分的輪廓和形狀，生成建筑模型的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，從而生成建筑模型，為城市更新的規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供有力支持。除了建筑模型本身，建筑區(qū)域風(fēng)格化的場(chǎng)景生成也是城市更新中的重要環(huán)節(jié)，在石家莊市的城市更新中，需要保持和傳承城市的歷史文化和風(fēng)貌。因此，在三維建模過(guò)程中，通過(guò)對(duì)傾斜影像進(jìn)行風(fēng)格化處理和紋理貼圖，生成具有石家莊特色的建筑區(qū)域場(chǎng)景，使三維模型更加貼近現(xiàn)實(shí)，增強(qiáng)城市更新的文化內(nèi)涵和視覺(jué)效果[2]。

在實(shí)體對(duì)象的位置和形態(tài)信息處理方面，采用了先進(jìn)的圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法。通過(guò)對(duì)傾斜影像進(jìn)行特征提取和邊緣檢測(cè)，可以準(zhǔn)確地識(shí)別出建筑物、道路等實(shí)體對(duì)象在圖像中的位置和形態(tài)信息。之后利用獲取的信息生成網(wǎng)格模型外部結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)生成各個(gè)頂點(diǎn)在模型空間中的坐標(biāo)集合，就能夠完成對(duì)建筑墻體、樓柱結(jié)構(gòu)、樓層面結(jié)構(gòu)的建模工作，生成具有高精度和真實(shí)感的三維模型。

2.2 基于物理模擬的圖像建模場(chǎng)景渲染

在三維圖像建模場(chǎng)景中，渲染任務(wù)是將三維模型轉(zhuǎn)化為具有真實(shí)感二維圖像的過(guò)程。對(duì)于城市更新的場(chǎng)景渲染而言，提高融合模型渲染效率具有重要意義。然而，傳統(tǒng)的渲染方法計(jì)算量大、渲染時(shí)間長(zhǎng)，難以滿足城市更新中大規(guī)模場(chǎng)景渲染的需求。因此，需要對(duì)渲染任務(wù)進(jìn)行深入分析研究并提出優(yōu)化技術(shù)方案。

在渲染過(guò)程中，可以將渲染類別劃分為自發(fā)光、漫反射、鏡面反射、環(huán)境光照等若干個(gè)渲染子結(jié)構(gòu)。通過(guò)結(jié)構(gòu)分級(jí)分類，可以有針對(duì)性地優(yōu)化每個(gè)子結(jié)構(gòu)的渲染效率。例如，對(duì)于自發(fā)光物體，可以采用預(yù)計(jì)算光照?qǐng)D的方法，將光照信息預(yù)先計(jì)算并存儲(chǔ)在紋理中，從而減少實(shí)時(shí)渲染時(shí)的計(jì)算量；對(duì)于漫反射物體，可以使用光照貼圖或光照探針等技術(shù)，將光照信息緩存起來(lái)，以便在渲染時(shí)快速使用。在紋理表達(dá)方式方面，傳統(tǒng)的紋理貼圖方法存在紋理分辨率低、細(xì)節(jié)丟失等問(wèn)題。為了解決該問(wèn)題，可以采用多層級(jí)紋理映射的方法，通過(guò)將不同分辨率的紋理映射到不同的細(xì)節(jié)層次上，在保持紋理細(xì)節(jié)的同時(shí)，減少紋理的存儲(chǔ)空間和渲染時(shí)間[3]。

除了紋理優(yōu)化外，場(chǎng)景構(gòu)建方法也是提高渲染效率的關(guān)鍵。在城市更新場(chǎng)景渲染中，存在大量的重復(fù)元素，如建筑物、道路、樹木等。此時(shí)可以利用實(shí)例化技術(shù)，將重復(fù)元素實(shí)例化為多個(gè)副本，并共享相同的幾何數(shù)據(jù)和紋理數(shù)據(jù)，從而減少場(chǎng)景的幾何復(fù)雜度和紋理存儲(chǔ)量，提高渲染效率。在渲染完成后，可以生成具有高度真實(shí)感的城市更新場(chǎng)景圖像，這些圖像可以為城市更新的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)等環(huán)節(jié)提供有力支持。例如，在規(guī)劃階段可以利用圖像對(duì)舊城改造后的效果進(jìn)行預(yù)評(píng)估，幫助規(guī)劃師制定更為科學(xué)、合理的改造方案。

2.3 基于實(shí)景三維模型數(shù)據(jù)的模型對(duì)象結(jié)構(gòu)提取

首先，對(duì)無(wú)人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)性拆分。該過(guò)程需要將原始的航測(cè)數(shù)據(jù)按照不同的空間層次和特征進(jìn)行分類與組織。通過(guò)利用先進(jìn)的圖像處理算法和計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，可以將航測(cè)數(shù)據(jù)中的建筑物、道路、植被等元素進(jìn)行有效分離，為后續(xù)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)提取奠定基礎(chǔ)。其次在三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)提取方面，采用先進(jìn)的點(diǎn)云處理技術(shù)。通過(guò)對(duì)拆分后的航測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度解析，能夠提取出包含豐富空間信息的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)以點(diǎn)的形式表示物體表面的空間位置，每個(gè)點(diǎn)都蘊(yùn)含著該位置的三維坐標(biāo)信息。通過(guò)進(jìn)一步的處理與分析，可以將點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為更為直觀、易于理解的三維模型。再次為了確保模型對(duì)象結(jié)構(gòu)提取的準(zhǔn)確性和高效性，需要定義嚴(yán)格的數(shù)據(jù)流程工藝和數(shù)據(jù)規(guī)范，明確從原始航測(cè)數(shù)據(jù)到最終三維模型的每一步操作，包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、點(diǎn)云生成、模型構(gòu)建等。同時(shí)，還需制定詳細(xì)的數(shù)據(jù)規(guī)范，確保每一步操作都符合特定的標(biāo)準(zhǔn)和要求。最后，采用基于實(shí)景三維模型數(shù)據(jù)的對(duì)象模型重構(gòu)方法。該方法以提取的空間幾何數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合先進(jìn)的建模技術(shù)和算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)體對(duì)象的精準(zhǔn)重構(gòu)，為城市更新的規(guī)劃、設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)提供了有力支持[4]。

2.4 仿真貼近模型構(gòu)建

在城市更新的仿真貼近模型構(gòu)建中，以點(diǎn)云數(shù)據(jù)、無(wú)人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)重構(gòu)的實(shí)體對(duì)象幾何數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，是仿真貼近模型構(gòu)建的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過(guò)對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪、濾波、配準(zhǔn)等處理，可以有效地提高點(diǎn)云數(shù)據(jù)的質(zhì)量和精度，為后續(xù)的三維建模提供更為準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。同時(shí)，對(duì)無(wú)人機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括影像的幾何校正、色彩校正、影像匹配等，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性。在預(yù)處理完成后，建立實(shí)體幾何數(shù)據(jù)與真實(shí)紋理數(shù)據(jù)的空間匹配方法。通過(guò)將實(shí)體幾何數(shù)據(jù)與真實(shí)紋理數(shù)據(jù)進(jìn)行空間匹配，可以將真實(shí)的紋理信息準(zhǔn)確地映射到三維模型上，使得模型更具真實(shí)感和細(xì)節(jié)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，應(yīng)采用先進(jìn)的紋理映射技術(shù)和算法，對(duì)紋理數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化和處理，以確保紋理與幾何數(shù)據(jù)的完美融合。

在仿真貼近模型構(gòu)建中，將地面近景數(shù)據(jù)作為紋理貼圖到實(shí)景模型中，可以有效解決單一數(shù)據(jù)建模中的模型變形、存在孔洞、紋理拉花等問(wèn)題，還可以對(duì)模型進(jìn)行更為精細(xì)化的調(diào)整和修正。比如對(duì)于模型中的變形部分，可以通過(guò)地面近景數(shù)據(jù)進(jìn)行校正和調(diào)整；對(duì)于模型中的孔洞部分，可以通過(guò)地面近景數(shù)據(jù)進(jìn)行填充和修補(bǔ)；對(duì)于模型中的紋理拉花部分，可以通過(guò)地面近景數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑和優(yōu)化。

2.5 單體建筑室外精細(xì)化模型實(shí)例分析

在石家莊某單體建筑中，采用即時(shí)定位與地圖構(gòu)建（Simultaneous Localization and Mapping，簡(jiǎn)稱SLAM）點(diǎn)云方式獲取單體建筑的模型及外表結(jié)構(gòu)特征。SLAM技術(shù)能夠在無(wú)人機(jī)飛行的同時(shí)，實(shí)時(shí)地計(jì)算無(wú)人機(jī)的位置和姿態(tài)，并生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，可以提取出單體建筑的三維坐標(biāo)、形狀、尺寸等幾何信息，為后續(xù)的精細(xì)化建模提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。同時(shí)，采用航測(cè)或拍攝方式獲取單體建筑的外部紋理特征。通過(guò)無(wú)人機(jī)搭載高分辨率相機(jī)對(duì)建筑進(jìn)行全方位的拍攝，可以獲取建筑表面的高分辨率影像數(shù)據(jù)，影像數(shù)據(jù)包含了建筑的色彩、材質(zhì)、紋理等豐富信息，為后續(xù)的紋理映射和模型真實(shí)感增強(qiáng)提供了重要的數(shù)據(jù)源[5]。

在獲取單體建筑的幾何信息和紋理信息后，開始精細(xì)化建模的過(guò)程。首先，對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括去噪、濾波、配準(zhǔn)等步驟，以提高點(diǎn)云數(shù)據(jù)的質(zhì)量和精度。然后，利用先進(jìn)的建模軟件和算法，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為三維模型。在建模過(guò)程中，重點(diǎn)保留建筑的幾何特征和細(xì)節(jié)，如建筑的邊角、窗戶、門等，以確保模型的準(zhǔn)確性和真實(shí)感。接著，將獲取到的高分辨率影像數(shù)據(jù)進(jìn)行紋理映射，將真實(shí)的紋理信息準(zhǔn)確地映射到三維模型上，從而可以使模型更具真實(shí)感和細(xì)節(jié)表現(xiàn)力，使觀者能夠感受到建筑的材質(zhì)和色彩。最終，成功構(gòu)建石家莊某單體建筑的室外精細(xì)化模型，該模型不僅準(zhǔn)確地反映了建筑的幾何特征和細(xì)節(jié)，還真實(shí)地再現(xiàn)了建筑的紋理和色彩。通過(guò)該模型可以對(duì)建筑進(jìn)行全面的分析和評(píng)估，為城市更新的規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供重要的參考依據(jù)。

該精細(xì)化模型具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，比如可以將模型導(dǎo)入到AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）、VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）等系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線游覽或沉浸式體驗(yàn)。不論身處何地，人們都可以通過(guò)AR、VR等技術(shù)欣賞到該建筑的魅力，突破地域限制，讓更多人有機(jī)會(huì)深入了解并欣賞地標(biāo)建筑的獨(dú)特之處。同時(shí)，該模型還可以用于城市的規(guī)劃和管理，城市規(guī)劃人員可以從中更加直觀地了解城市的建筑布局和空間關(guān)系，為城市的合理規(guī)劃提供有力的支持。城市管理者也可以利用該模型進(jìn)行城市的監(jiān)控和管理，提高城市管理的效率和準(zhǔn)確性。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在現(xiàn)代城市規(guī)劃中，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)具有良好的應(yīng)用效果。本文結(jié)合石家莊城市規(guī)劃的具體案例，總結(jié)了無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的具體應(yīng)用方式，能夠?qū)ζ渌鞘幸?guī)劃起到一定的借鑒與幫助作用，全面推動(dòng)我國(guó)城市化建設(shè)與發(fā)展。未來(lái)，需要進(jìn)一步探索和優(yōu)化基于物理模擬的圖像建模場(chǎng)景渲染方法，為城市更新的實(shí)踐提供更加高效、精準(zhǔn)的技術(shù)支持。

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