基于无人机倾斜摄影的实景三维模型数据应用探索

摘 要：通过基于无人机倾斜摄影实景三维模型的一些应用案例，对三维模型在数据生产阶段、数据加工阶段，大数据深度挖掘利用阶段的应用案例做了介绍，探索了三维模型在测绘地理信息行业以及其它行业的产业化应用。

关键词：无人机倾斜摄影；三维模型；三维成图；断面提取；三维GIS平台

引言

倾斜摄影技术是国际测绘领域近年来发展起来的一项高新技术。它颠覆了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从一个垂直、四个倾斜五个不同的角度采集影像，将用户引入了符合人眼视觉的真实直观世界。航空倾斜影像不仅能够真实地反应地物情况，而且可通过先进的定位技术，嵌入精确的地理信息、更丰富的影像信息、更高级的用户体验，极大地扩展遥感影像的应用领域，使遥感影像的行业应用更加深入。无人机搭载倾斜相机的倾斜影像技术的引进和应用，拆掉了航拍作业的门槛，使得航拍作业成本更低、作业模式更灵活，效率更高；在模型精度上，已经达到了厘米级，为三维技术的大规模推广应用奠定了坚实的基础。

本文结合作者单位的工作实践，初步探索了三维模型在一些行业上的应用。本文中提到的三维模型，特指基于倾斜摄影技术的三维模型。

1、三维模型应用的关键技术储备

需要的关键技术有传统测绘技术、计算机集群数据处理技术、三维模型单体化技术、计算机海量数据存储技术等等。

1.1、传统测绘技术

首先，测绘知识基础不可或缺，要获得带有地理定位的精确模型，在航拍前期阶段就需要做大量的测绘工作准备：GPS控制、水准测量、像控点布设及测量、投影及抵偿面的选择、坐标系的选择等等，总之，所获得模型的数学基准要与二维数据体系一致，或者确定换算关系。

1.2、计算机集群数据处理技术

不管用何种工具，三维模型的获得需要计算机处理海量数据。比之单张拍摄，倾斜摄影一次拍摄5张相片，即时不考虑重叠度，数据已经增加了5倍。要迅速处理数据，必须提升计算机的处理能力，计算机集群处理技术是目前行之有效的选择。计算机集群（cluster）技术它是将若干台计算机（或工作站、服务器等）通过互连网络连接起来，使它们像一台计算机一样地工作，从而可以获得接近于或超过并行计算机计算和处理能力的技术。通过集群技术，可以在付出较低成本的情况下获得在性能、可靠性、灵活性方面的相对较高的收益，其任务调度则是集群系统中的核心技术。集群是一组相互独立的、通过高速网络互联的计算机，它们构成了一个组，并以单一系统的模式加以管理。

1.3、三维模型单体化技术

倾斜摄影获得的实景三维模型是一个整体，如果模型不能单体化，则中看不中用。模型单体化方法有全要素分层法，构建矢量面法等。全要素分层对倾斜三维模型按照建筑，水系，道路，电杆、植被、隔离带等等的对象实现单体和分层管理；通过构建矢量面，完成单体模型属性挂接，是目前简便易行的办法，工作效率高。作者认为，技术无止境，任何一种技术，都以服务客户，解决问题为根本。新技术的推广应用要考虑经济因素、软硬件设备因素，先让产品落地，在用户的使用过程中做好服务，通过用户的应用体验改进系统，进一步通过产品升级回馈用户。

1.4、计算机海量数据存储技术

在二维数据时代，数据存储用计算机自带硬盘已经足够，容量为4G的电脑，一名技术人员可用好几年，大不了用移动硬盘将数据导出来。但三维时代，倾斜摄影无人机1天拍摄产生的数据，随便达到数个G，一个小型城市，倾斜摄影航拍产生的原始数据轻松超过1个T，三维建模阶段更是需要消耗数倍于原始数据的存储空间。数据量因“大”产生的读取、运算、转移问题，必须要考虑用专业的硬件架构，关系型SQR数据库目前尚能满足需求，今后，可能会趋向于NOSQL非关系型数据库工具。

2、三维模型的应用

三维模型在数据的获取阶段及数据分析加工阶段都有着广泛的应用。在测绘行业，可以用三维模型生成大比例尺地形图；提取工程断面。在GIS应用方面，三维模型是最直观的基础数据，三维模型+属性数据库技术可以开发基于三维的GIS平台，在国土、公安、民政、税务、市政、规划等行业有着广泛的应用。

2.1、大比例尺成图

倾斜摄影航拍分辨率与获得的三维模型精度约为1：3，从实际测试结果来看，倾斜摄影分辨率达到5cm时，获得的三维模型精度可以满足1：1000地形图成图要求。倾斜摄影分辨率达到3cm时，获得的三维模型精度可以满足1：500地形图成图要求。用三维模型成图，在建筑物密集区、植被覆盖率高的区域，需要加强实地调绘及补测工作。除此以外的其它区域，优势明显，随着航摄、无人机、建模等相关技术的日趋成熟，传统的工程测量作业将会逐步航测化，内业化，而效率会越来越高。

2.2、断面提取

在勘测设计行业，线路设计工作是一个重要部分，传统线路设计，需要现场踏勘，测设地形图，在二维图上选线，再到现场定线，测设断面，工序多，成本高、工期长，对设计人员经验要求高。倾斜摄影三维模型可以直接用于勘测公路、渠道、铁路、地下管线、电力线等线路的踏勘、选线、定线工作。通过原始点云分类处理得到的地面点以及设计给的线路主线，还能自动提取线路路纵、横断面。三维测绘技术将给传统设计工作带来革命性的变革。

2.3、应用于行業三维GIS平台

“三维模型+行业”可以形成各行业的GIS平台，例如，在国土部门可以开发三维不动产管理信息平台；民政部门可以用于精准扶贫；规划部门可以用三维技术开发辅助规划决策信息系统；市政管理部门可以开发三维智慧城市管理信息系统，实现城市部件的智慧化，自动化管理；公安、维稳部门可以使用城市三维模型用于安防布置、反恐、对特定人群的精准定位等。以国土不动产管理为例，不动产登记三维管理信息系统通过将三维实景模型单体化、分户；将不动产登记信息与三维模型进行有效挂接，实现三维环境下的对户、自然幢、逻辑幢、宗地信息进行查询、统计分析；有效克服“外业调查指认落宗耗时耗力、房屋落宗编号耗时长、即时业务办理不及时”等问题，可以很好的提高不动产统一登记管理的质量和效率。

2.4、应用于招商引资

充分利用互联网技术，移动互联网技术，二维码技术，三维实景技术，通过将三维实景模型与招商引资关联起来，以动态的方式在三维环境下展示招商区域的经济状况，区位优势，优惠政策；实现在线实景考察招商区域的环境；通过与微信小程序端结合，通过二维码扫码，直观，快捷的了解招商区域的情况，随时随地宣传，查看招商区域情况，实现便利化的在线实景考察。

2.5、VR+实景三维+微信小程序在智慧景区中的应用

实景三维模型+VR+微信小程序可以应用于智慧景区，游客在景区游玩时，通过手机微信可以搜索到附近小程序，或者通过扫码下载景区VR，有了景区VR，相当于贴身导游，而且是免费的。通过景区VR，游客可以直观了解景区吃喝玩乐购物等。智慧景区微信小程序，与时俱进，将三维模型应用通过互联网推送到手机，服务大众。景区VR还可以关联景区商户信息，使得旅游、购物、宣传推介有机结合，用手机作为媒介更便于大众接受。

以上案例仅是作者结合本部门案例应用的一部分，仅供业内人士参考。通过这两年，利用无人机倾斜摄影技术做的一些项目，开发的一些系统，我们确实感觉到了无人机倾斜摄影技术优势和广阔的市场潜力。这项技术还可以运用到智慧城市、智慧农业、智慧旅游、智慧水利、应急维稳、抢险救灾等方面。我想说的是，当我们测绘地理信息企业，在运用无人机倾斜摄影技术，提高测绘本行业工作的同时，可以多关注、多了解国家、地方的各种政策，政府各部门的一些需求，这样就可以让无人机倾斜摄影成果得到更广泛的运用，挖掘更多的价值。

作者简介

金辉 籍贯甘肃榆中县，生于1973.06，男，1998年毕业于西安工程学院测绘工程系（现长安大学地测学院）工程测量专业，现就职于新疆兵团勘测设计院（集团）有限责任公司任测绘地理信息院。任航测遥感室主任，高级工程师，从事航测遥感及GIS项目。