无人机倾斜摄影实景三维技术研究

凌文军

摘要：智慧城市建设中，地理信息是不可或缺的重要基本要素，可以为城市规划提供参考依据。而传统的测量方式体现出一定的局限性，依然需要投入大量人力、物力，因此，应加强对现代化测量技术的合理运用，编制科学完善的技术应用方案，有助于提高地理测绘质效。分析了影响地理测绘中建模质量的主要因素，总结了无人机倾斜摄实景三维技术应用中的关键技术与基本要求，设计了无人机倾斜摄影实景三维技术的应用流程，旨在强化测量作业的实效性，保证测量数据的准确性。

关键词：无人机  倾斜摄影  实景三维技术  智慧城市

Research on the 3D Real Scene Technology of Drone Tilt Photography

LING Wenjun

（Pingxiang Land and Space Survey and Planning Institute， Pingxiang，Jiangxi Province，337000 China）

Abstract： In the construction of smart cities， geographic information is an indispensable important basic element， which can provide a reference basis for urban planning. However， traditional measurement methods have certain limitations and still require a large amount of manpower and material resources， so it is necessary to strengthen the rational application of modern measurement technology and develop scientific and sound technical application plans， which helps improve the quality and efficiency of geographic surveying and mapping. This article analyzes the main factors that affect modeling quality in geographic surveying and mapping， summarizes the key technologies and basic requirements in the application of the 3D real scene technology of UAV tilt photography， and designs the application process of the 3D real scene technology of UAV tilt photography， aiming to strengthen the effectiveness of measurement work and ensure the accuracy of measurement data.

Key Words： UAV; Oblique photography; 3D real scene technology; Smart city

通過对无人机倾斜摄影技术的利用，能够实现对三维模型的自动创建和匹配，为城市规划中的数字化建设提供技术支撑。同时，基于对无人机倾斜摄影实景三维技术的分析与利用，能够形成健全的测量技术应用体系，与传统的测量技术相比，体现出更强的准确性和专业性，可为更加高效的城市化建设提供可靠依据。

1 影响建模质量的主要因素

1.1 场景因素带来的影响

针对无人机倾斜摄影实景三维技术的应用来说，通常会运用到很多场景中。当应用在反光面场景时，如玻璃、水面或者大面积单一纹理建筑物等，在此种场景中，无法针对物体的纹理信息进行真实反映，即便提高原始数据质量，也很难达到改善模型效果的目的。在慢速运动物体的应用中，以路口行驶的汽车为例，也无法通过提高原始数据质量改善模型效果。同时，对于随风晃动的植被而言，如灌木丛[11] 、树木等，在此种场景中应用倾斜摄影实景三维技术，容易在特征匹配环节出现较大偏差，虽然可以采用提高模型分辨率的方式针对模型效果进行改善，但很难得到理想的效果。此外，对于镂空的建筑物来说，包括护栏、高压线及铁塔等，可采用提高模型分辨率的方式实现对模型效果的改善，但也无法获得良好的改善效果^[1]。

1.2 飞行因素带来的影响

除了场景因素会影响建模质量外，应用无人机倾斜摄影实景三维技术的过程中，建模质量还容易受到飞行因素的影响。如数据采集设备、航飞作业参数设置、建模软件等，均为重要的质量影响因素，容易出现建筑错位、拉花、光影斑驳以及黏连等情况。面对上述问题，可利用后期软件修补进行改善，但通常涉及到较大的作业量，需投入较多的人力、物力资源，一定程度上增加了投入的成本。

2 无人机倾斜摄影实景三维技术的作业要点

进行无人机倾斜摄影实景三维测绘的过程中，应做好测绘现场的勘查工作，了解测区实际特点，确保影像瓦片间接边颜色的一致性，保证城区部分道路标线和活力。因为对于实景三维构建而言，建筑物结构是重要基础，而在自动建模构建的不规则三角网的影响下，墙体出现凹凸不平现象的概率较高，所以，须采用人工操作的方式处理精细化部分。此外，避免实景三维场景中出现悬浮物，对于缺少树干的树冠部分来说，需进行针对性处理，强化整体的合理性，立足于电杆及路灯的角度，应做好相应的替换工作，以防因自动匹配效果不符合要求而对后续的使用造成不良影响。在此基础上，了解应用五视角影像映射纹理时的纹理扭曲现象，主要依托于人工操作的方式完成处理^[2]。

3 无人机倾斜摄影实景三维技术应用中的关键技术

3.1 无人机倾斜摄影技术及应用要求

通常对于无人机倾斜摄影测量系统的实际运行来说，需要为测量系统配备5台高清摄像机，利用专门的软件生成图像，之后创建点云区域模型。倾斜摄影测量系统与正射影像相比，可以通过输出的影像从多个角度针对地物进行观察，体现出很强的清晰性，能够让地物的情况反映更加真实。相较于传统的移动测量方式，无人机倾斜摄影测量系统的准确性与效率更高，是三维城市模型构建的重要技术支撑。运用无人机倾斜摄影技术的过程中，应选择晴好的天气进行数据采集，避免受到飞行环境及天气变化的影响，防止出现航带色差、噪声及光照不均衡问题。此外，此项技术的运用可以强化面积较小地物的清晰性，并创建相应的模型作为参考。

3.2数据预处理技术及其应用要求

数据预处理是无人机倾斜摄影实景三维技术应用中的重要环节，要求对参数信息、位置信息及影像信息进行检查，主要涉及倾斜影像预处理、像控点信息预处理及POS信息预处理三项重要内容。首先，对于倾斜影像预处理而言，具体指完成飞行任务后，应第一时间落实影像的检查工作，明确是否满足规定要求，将无POS点对应起降自动拍摄影像进行删除处理；其次，针对像控点信息预处理而言，相关数据指像控点文件与控制点现场照片等，叠加控制点与POS展示点文件，了解POS数据精度，确保能够满足规定要求，在此基础上进行数据处理；最后，对于POS信息预处理而言，具体指全景相机中流动站采集数据的坐标系为CGCS2000，内部含有6个参数，主要有Kappa、Omega、Phi，以及 X、Y、Z。

3.3 空三加密技术及其应用要求

空中三角测量方式指在立体摄影测量环节，结合对野外控制点的分析，有序落实室内的控制点加密工作，通过计算得到相应的加密点高程，同时明确平面位置的测量方法。因此，需合理运用软件，利用默认参数，针对影像匹配一次连接点，有效滤除影像中的阴影、云影以及动态物体的影像产生的粗差点^[3]。同时，结合对残差报告的分析，调整残差值相对較大的点，将调整后的结果作为基本依据，围绕连接点位置进行重新计算连接，之后进行至少6次的重复操作，在平差报告数值不再发生明显变化的情况下，停止操作。通过落实以上工作可以完成自由网平差，配合落实优化后空三结果的转化，使其成为标准外方位元素格式，配合进行输出即可进入自动化建模及批量建模环节。空三加密技术的应用流程如图1所示。

3.4 自动化建模技术及其应用要求

三维建模主要通过利用专门的软件，如街景工厂等，配合分布式计算完成任务处理，很难进行人工干预。因为倾斜摄影边缘的1～2条航线缺少影像，所以无法顺利生成完整的模型，因此，需要针对生产区域进行自定义。针对模型生产过程的中间状态来说，均有对应的文件夹存储相关信息，可基于对文件夹内Tiles生成时间的分析，实现对现阶段生产状态的准确判断。结束自动建模后，须利用3DMAX软件做好二次处理，以保证各项数据符合规定要求。

4 无人机倾斜摄影实景三维技术的具体应用

4.1 无人机硬件的选择方法

4.1.1 合理选择飞行设备类型

现阶段的测绘工作中，市场上的无人机类型较多，将动力系统作为依据进行划分，主要分为内燃机动力与电池动力。按照飞行方式进行划分，则包含固定翼与旋翼两种。因为在无人机实际飞行过程中，容易产生机身震动，从成像质量的角度出发进行分析，电池动力型无人机的成像质量较内燃机动力型无人机高。立足于续航时间和飞行作业效率的角度，能够了解到固定翼型无人机拥有更高的作业效率。基于对飞行稳定性的分析，旋翼型无人机拥有更强的飞行稳定性，需结合实际情况与测绘需求进行合理选择^[4]。

4.1.2 科学明确摄像头性能

基于对无人机倾斜摄影实景三维技术的利用，有关部门应该提高对摄像头的重视，通常依据航测标准进行明确，须保证无人机摄像头的像素达到3 500万以上，且开展倾斜摄影的过程中，严禁限定单一摄像头的像素，但是应加强对一次曝光获取像素的严格控制。立足性能层面，航测标准一般要求针对续航倾斜摄像头的影像能力、作业时间、曝光功能及续航时间等重要参数进行明确，其中倾斜摄影作业时间需不低于90 min，尽量能保证全天候作业，而单个摄像头一次曝光需在1亿像素以上，在此基础上，加强对定焦镜头的利用，保证对焦距离可以达到重叠度的测量要求。

4.2 无人机倾斜摄影实景三维技术的应用要点

4.2.1 依据测量需求规划航线

规划航线是无人机倾斜摄影实景三维技术应用中的重要环节，也是不可或缺的首要环节，需要严格控制无人机的飞行高度，强化高度控制的合理性。一旦在无人机飞行过程中缺少科学有效的航线规划作为依据，则很难掌握无人机航行规律，且仅依靠人工操作的方式，无法强化对无人机的全方位掌控。同时，技术人员应重视落实数据信息采集工作，合理控制无人机飞行速度，强化数据信息的准确性、可靠性。此外，多数测区的理想形状为矩形，此类区域的规划相对较为简单，通常需要设定平行航线，之后，合理操纵无人机折返进行拍摄，而遇到不规则的测区时，避免不了会增加航线规划难度，需做好事先调查与规划。

4.2.2 准确布设像控点与测量

对于像控点的布设来说，是影响测量结果的主要因素之一，为了强化像控点布设的专业性、科学性，技术人员应该明确像控点布设原则，即如果不设像控点，则需优先选择不存在争议的参照物，包含田地、墙角等，针对像控点的实际选择而言，需保证像控点所在区域内存在起伏明显的区域。而对于一般像控点的布设来说，其布设边距应该在1～1.5 cm，可减少摄影测量环节出现数据匹配失误的概率。此外，为了强化无人机倾斜摄影的实效性，应选择视野开阔的区域进行像控点的布设，避免选择遮挡物较多的区域。做好当地交通运输情况的调查，结合实际需求布设像控点，让后续的测量作业拥有可靠基础^[5]。

4.2.3 空中三角的测量与控制

在无人机进行航拍作业的过程中，可以实现对POS数据的自动化存储，技术人员能在测量作业中，基于对空中三角测量技术的利用，达到加密测量的目的，但在具体操作中需重视相关注意事项。首先，完成数据资料的预处理工作后，应积极建立对应的工程文件，重点落实无人机航拍所得影像的添加工作。其次，向对应的软件系统中传导无人机自动存储的POS数据。再次，有序落实同名点的匹配工作，进而得到相关位置的空中三角测量点云，之后依据无人机倾斜摄影测量获取的实景影像数据，落实绝对定位的平差处理，待完成相应处理后，针对空中三角数据开展相应的加密结算。最后，提高对控制点的重视，做好导入工作，并进行重新匹配，针对相应的定位进行优化，输出对应的质量报告，包含空中三角误差、控制点精度及自检相机误差等。

4.2.4 地形图的绘制与完善

立足于大比例尺地图制作的角度进行分析，具体操作中，采集的数据是构建三维模型的关键基础。基于此，技术人员应严格按照规定要求操控无人机，针对测绘区域内的地貌进行采集，还需获取不同标记点及地物的影像数据，一旦在测量区域内出现遮挡物，则无法顺利落实地貌信息的采集，技术人员应单独标注无法进行正常采集的区域，并向外业测量人员进行积极反馈，目的是保证此类数据可以得到及时补录，强化数据信息的完整性。同时，开展线状地物影像数据的采集工作时，技术人员应保证无人机采集方向与线状地物走向的一致性，且技术人员需在不存在数据误差的情况下，利用CASS 10.1软件平台进行数据的自动化处理，之后得到被测区域的数字规划图，配合人工操作，做好不同采集点的标注，包含地名、建筑物、水系以及高程等^[6]。

4.2.5 强化三维模型创建精度

数字精度消除法为传统的数字模型问题处理方法，但针对现阶段的城市规划而言，要求通过三维模型针对各类建筑物的参数进行展示，技术人员需加大测量作业环节误差的控制力度，且需采取有效措施消除数据处理环节产生的数据误差，目的是强化数据处理的可靠性，保证测量结果的精确性。因为测量误差是影响无人机倾斜摄影三维建模精度的重要因素，所以，技术人员应重点做好外界影响因素的控制工作，以免出现过大的测量误差，确保测量精度能够满足实际的测量要求。

5 结语

新时期发展环境下，先进科学技术得到广泛应用，很多行业都将数字化建设作为发展目标，逐步加大在技术研发、技术创新层面的资金投入力度，拓展了相关技术的覆盖范围。尤其对于测绘行业来说，无人机倾斜摄影实景三维技术属于新型技术之一，为了强化测量工作的实效性，应加强对无人机倾斜摄影实景三维技术的研究和利用，熟練掌握技术操作要点，有助于提高测量结果的精确度，让智慧城市建设、城乡统筹规划拥有坚实基础，为社会经济建设水平的提升提供充足动力。

参考文献

[1]孙怀木.无人机倾斜摄影实景三维技术研究[J].华东科技，2022（12）：115-117.

[2]龚旭峥，高亚萍，杨小央.倾斜摄影实景三维技术在海岛调查中的应用[J].测绘技术装备，2020，22（4）：69-70.

[3]李德江，黄杨，储鼎.无人机空地一体化建模技术[J].测绘与空间地理信息，2019，42（12）：158-160.

[4]王立争.无人机倾斜摄影实景建模技术在道路选线中的应用[J].科学技术创新，2019（24）：94-95.

[5]柴香.基于BIM与倾斜摄影测量技术的模型精细化融合及可视化研究[D].重庆：重庆交通大学，2022.

[6]张鹏.基于CIM技术的城市轨道交通三维可视化监管平台设计与实现[D].合肥：安徽建筑大学，2022.