三维城市建模中的无人机倾斜摄影测量技术应用

刘显州

摘  要：技术的发展不断推动着社会生活的全方位变革，随着无人机倾斜摄影测量技术的不断进步，其应用的范围和领域也逐渐扩大，在城市实景的三维建模上，无人机倾斜摄影测量技术的作用日益突显，其在获取影像的质量、效果、速度上都有着无可比拟的优势，应用前景十分广阔。基于此，本文就其进行简要的介绍，指出无人机倾斜摄影测量技术的应用优势，并进一步探讨无人机倾斜摄影测量技术在三维城市建模中的应用路径，以此为城市的智慧建设、创新发展提供有益的借鉴。

关键词：无人机倾斜摄影  三维城市  无人机  应用

中图分类号：P231                             文献标识码：A文章编号：1674-098X（2021）04（b）-0028-03

Application of UAVT Tilt Photography in 3D City Modeling

LIU Xianzhou

（Henan Sida Testing Technology Co.， Ltd.， Xuchang， Henan Province， 461000  China）

Abstract： The development of technology constantly promotes the changes in all aspects of social life. With the continuous progress of UAV tilt photography technology， its application scope and field are gradually expanding. In the three-dimensional modeling of urban real scene， the role of UAV tilt photography technology is increasingly prominent， and UAV tilt photography technology has a great influence on the quality， effect and speed of image acquisition Incomparable advantages， the application prospect is very broad. Based on this， this paper briefly introduces the UAV tilt photography technology， points out the application advantages of UAV tilt photography technology， and further discusses the application path of UAV tilt photography technology in three-dimensional city modeling， so as to provide useful reference for the wisdom construction and innovation development of the city.

Key Words： UAV tilt photography; 3D city; UAV; Application

所謂的三维城市建模，就是利用技术手段将城市地表的景观、景物进行全方位的三维立体化的展示，这种模式下能够实现对城市信息的全方位、多角度的记录和展示，在城市的规划环节、创建环节、维护环节，以及应急管理环节都有着重要的作用，在经济价值和实用价值上都十分的突出。三维城市建模是事关城市的发展与运行的重要环节，具有重要的发展价值和意义。

1  无人机倾斜摄影测量技术基本情况概述

1.1 什么是无人机技术

所谓的无人机技术就是利用无线电技术[1]，实现对无人机的远程遥控，在无人机的硬件构成上主要有机翼、机体及螺旋桨，无人机由于操作便捷、速度快、费用低，受到人们的青睐，所应用的领域也越来越广泛[2]。

1.2 什么是倾斜摄影测量技术

倾斜摄影测量技术是一种多技术融合的产物，将定位、摄影等进行融合，颠覆了传统的局限于正面垂直摄影的局限性，通过将其与其他物体的捆绑，实现多角度、全方位、准确快速地捕捉摄影，使用户获得最真实、立体的观感体验[3]。这种倾斜摄影测量技术由于独特的优势，应用于三维城市建模中，能够提升模型的真实感、体验感，并且能够有效地节省成本。

1.3 无人机倾斜摄影测量技术

1.3.1 多视影像联合平差

多视影像联合平差技术是无人机倾斜摄影测量技术中的一种新兴的技术，这种技术的应用能够提升数据处理的准确性和灵敏度，并且能够将影像之间的遮挡关系进行合理的处理，对于连接点和连接线的确定也能更加及时、准确，大大提升了成像效果的准确度，使得城市的三维建模的质量和效率得以保证。

1.3.2 多视影像密集匹配

多视影像密集匹配技术的主要应用优势在于能够使摄影测量的分辨力得以提升，并且在覆盖的面积范围上也能够显著的提升。这项技术的应用主要是通过对坐标点位置的确定来进行的，并且在使用的过程中能够对各类多余的信息进行分析研究，通过建筑物的侧面影像和一些边缘信息的叠加，进一步提升信息的使用效率。将边缘信息加工成比较完善的二维数据，然后进一步转变为三维数据，这样就能够获得建筑物的高度、轮廓等信息，形成了一个比较全面的数字表面模型[4]。

1.3.3 模型生成和影像纠正

多视影像密集匹配技术下生成的数字表面模型，在实际的操作中，由于角度、尺度的影响，有时会发生遮挡或阴影等现象，这时就需要利用影像外的方位元素对其进行完善，使其能够得到更为精确的三维模型，将高密度数据继续过滤处理，并将不同单元的数据进行融合重组，使之成为一个完整的整体。同时要注意采用一定的技术对数据的信息进行优化处理，保证建模工作的全局性、准确性，不断提升城市三维建模工作的质量。

1.4 无人机倾斜摄影测量技术的技术特点

1.4.1 多角度测量，准确性高

使用无人机倾斜摄影测量技术时，操作者能够根据实际的情况进行贴近拍摄，并且能够自由地变换角度，随意切换机组，这种多角度的摄影、测量，使其测量的结果更加准确。并且在多角度的测量之下，彼此距离较近的影像会产生重叠，这些重叠的影像能够进一步起到校正的作用，提升了准确性。

1.4.2 自动化程度高

无人机倾斜摄影测量技术的整个过程完全由计算机进行远程地控制，这一过程减少人为干扰，通过电脑实现自动化的匹配，有效地提升工作效率。

1.4.3 实物纹理清晰可见

使用传统的摄影技术进行拍摄时，受限于技术和角度，往往只能获取实物顶部的纹理题型，而无人机倾斜摄影测量技术的多角度，能够将实物的侧面纹理也清晰的展现出来，这种技术的作用下，整体的模型更加逼真，使人的真实感、体验感得以提升。

1.4.4 成本低

无人机倾斜摄影测量技术在进行信息的采集与建设过程中的效率比较高，这种高效的模式之下，能够在最大程度上减少人员和其他物力的开支、使用，并且无人机倾斜摄影测量技术的应用范围广，综合能力强，因此，在使用的过程中有效地减少了开支。

2  无人机倾斜摄影测量技术的應用优势

2.1 方便快速，有效的降低成本

在传统的三维城市建模过程中，最常使用的就是测量建模的方法，首先由外业人员进行手工拍照来得到相应的建筑物的结构和纹理，然后内业的人员进行相应的处理，使用一些正摄影影像、测区的平面矢量图等数据建立起白膜，再将摄影的纹理进行进一步的分析得到模型的细节结构，将拍摄的纹理结构进行处理贴到白膜上，整个过程工艺复杂、工作强度大、生产的成本也十分巨大，虽然能够在精细度方面有显著的提升，但是在生产效果上难以保证，所需要的生产、制作的周期比较长，这种模式之下，难以满足大范围、快速建模的需要。

2.2 立体管理，提升服务的质量

无人机倾斜摄影测量技术能够有效的实现虚拟与现实之间的对接，实现将人口、房屋从小到大，从二维到三维的立体管理，这种立体化的模型构建能够有效提升城市管理与运营的质量和效果，同时，在城市的信息运行、凝聚结合以及融合发展的能力和水平上也能得到进一步的升级。除了基础的人口、房屋的基本信息，还能进一步将编排信息、管理批复信息和调查核实信息等进行统筹安排。

3  三维城市建模中的无人机倾斜摄影测量技术应用

3.1 三维城市建模中的无人机倾斜摄影测量技术应用过程

无人机倾斜摄影测量技术在三维城市建模中的应用过程主要分为3个主要步骤，第一步，通过无人机对整体实现不同角度的摄影测量，在这之前需要对无人机的飞行数据、遥感影像数据、高度等进行调试和确定，对无人机的机型、大小、电池状况等准备工作提前做好，并设定好相应的拍摄航线。第二步，对采集的图像进行快速处理，并据此建立起初步的三维模型，无人机倾斜摄影测量技术中的自动贴图功能能够快速、准确的完成这一步骤。第三步，对初步完成的三维模型进行准确地定位和测量，将模型进一步补充完善，最终完成三维城市建模，并且，在这一过程中要实现与网络端的同步。

3.2 三维城市建模中的无人机倾斜摄影测量技术应用中的问题

在实际的操作过程中，由于设备、环境、数据等方面偏差或失误，可能会造成一定的应用失误，具体而言，在三维城市的建模过程中，可能出现失误的原因有以下几个方面。第一，由于无人机导致的失误。这主要体现在无人机的运行姿态上，由于无人机的运行颠簸而导致无人机出现影像重叠，仅为使得模型产生破洞或鼓包的现象。第二，由于外界环境造成的失误。在大气环境中会存在一定的噪声，这些噪声达到一定的程度就会导致模型出现凸包、飞面等问题。并且由于光照的影响，不同的时间段，建筑物实体所呈现的效果不同，于是模型的纹理会有一些不均匀等方面的问题[5]。

3.3 三维城市建模中的无人机倾斜摄影测量技术的应用优化

上述问题的产生大都属于一些不可抗的客观因素，但是如果不能妥善处理，就会造成模型的畸变，是三维城市的建模无法得到标准，一般来说，针对一些细节性的问题，例如纹理不均匀，往往采用细部整修或纹理修补的方式进行改善，在后期对模型中的不均匀的地方进行修饰。这种方式往往成效比较低，在确保结构修复效果的基础上提升模型纹理提取的效率对于整体的效率提升具有重要的意义。一般来说，会使用空三加密。空三加密就是根据控制点的分布情况，使用立体测图技术获取有效的平面位置和高度，在空三加密的整个过程中都需要无人机倾斜摄影测量技术的支持，经过空三加密后的影像能够得到精准的定位，使整体建模的准确性更高，进一步提升了三维城市建模的质量和效率，使整个过程更加高效。在进行三维城市建模的过程中需要一些辅助性的系统，以空三加密为核心的模型辅助系统的能够通过同名点搜索、自动提取等对存在问题的原始模型进行改善，大大提升了效率。在模型的纹理不均匀的处理上，借助加密点和倾斜影像能够实现对模型纹理的定向进而建模，减少了人工的劳动，并且通过对不同影像进行对比分析和穿刺处理，能够将其中的变形图像、问题图像进行剔除或修正，先在经过空三加密后的影像上绘制出一定的结构线，然后使用拉伸等方式实现三维模型的制作。最后通过自动贴图，将场景应用与模型之上，完成整体的三维城市模型。

4  三维城市建模中的无人机倾斜摄影测量技术应用前景展望

随着智能化、自动化的不断推进，各种新型技术层出不穷，三维GIS技术的逐渐成熟更是使三维城市建模技术的发展更加未来可期。三维城市建模的应用领域和应用前景十分广泛，在国土资源的调查管理、城市交通的调度安排、城市人口房屋等的管理安排等都能够见到三维城市建模的身影，在技术的作用下，大大提升了办事的效率，节约了审批的时间，使市民的城市生活更加的便捷[6]。从二维到三维，再从三维到实时的多维是技术未来的发展趋势，这种实时的动态表现形式能够进一步将现实的建筑物全面、准确、实时的传输到计算机系统中，在未来的发展中实时、动态、多维是其发展方向，这种模式能够使得无人机倾斜摄影测量技术在地理信息的展示方面的优势发挥的更加淋漓尽致，不仅提升测量的效率，而且能够提升信息利用率，在未来的发展中，无人机倾斜摄影测量技术在三维城市建模中的应用范围必将更加广阔，进而发挥出更大的价值。

5  结语

三维城市建模中的无人机倾斜摄影测量技术应用提升了建模的速度，节省了建模的时间，提升了建模的效率，具有极高的应用价值。然而，目前无人机倾斜摄影测量技术在三维城市建模中的应用也存在着技术尚不完善，水平有待提高等问题，这些问题使得无人机倾斜摄影测量技术优势没有得到充分地发挥。在未来的发展中，要从细节入手，对技术进行不断地完善，提升无人机倾斜摄影测量技术对环境的适应能力，提高无人机倾斜摄影测量技术的精准度，使其在三维城市建模中发挥更大的作用，更好的完成相应的任务，使技术的发展成为造福百姓的工具，提升无人机倾斜摄影测量技术的质量和效果，拓展应用的领域，使其发挥出更大的价值和更强的作用。

参考文献

[1] 付博，陈姗，张俊.无人机倾斜摄影测量技术在三维数字城市建模中的应用[J].湖南工业大学学报，2019，33（5）：79-82.

[2] 李国栋.无人机倾斜摄影测量在城市三维建模中的应用[J].地礦测绘，2019，2（5）：137-138.

[3] 李颜均.无人机倾斜摄影测量技术在城市三维建模中的应用探究[J].建筑工程技术与设计，2018（9）：598.

[4] 赵万鹏.无人机倾斜摄影测量技术在三维城市建模中的应用[J].城市建设理论研究：电子版，2018：110.

[5] 石越.基于倾斜摄影测量技术的沉降观测与土方计算[D].南昌：南昌大学，2020.

[6] 吴熠文.基于无人机倾斜摄影测量的建（构）筑物三维形貌测量技术[D].长沙：湖南大学，2019.