倾斜航空摄影技术发展及其在数字城市建设中的应用

唐荧

摘 要： 近年来，随着科学技术水平的提升，倾斜摄影技术在工程测量中的应用越来越常见，能有效获取建设区域的自然特征，保障测量数据的真实性、完整性和精确性，为工程建设提供可靠依据。明确技术应用要点，切实发挥技术优势，通过介绍倾斜摄影技术的基本原理与特点，探索倾斜摄影技术在建筑工程测量中的应用措施。

关键词： 倾斜航空摄影;数字城市;应用

【中图分类号】TU198 【文献标识码】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.28.053

1 引言

传统的摄影测量一般都是从垂直角度单一拍摄，倾斜摄影测量通过从同一个平台上搭载多种传感器，同时从垂直和四个倾斜方向拍摄，同时获取前后左右和下视五个方向的影像图，通过后处理操作，将地面物体带入人眼真实的三维直观世界。航空倾斜摄影的应用极大地拓展了摄影测量的应用领域，倾斜摄影不仅能够真实的反应地物地貌现状，而且还具有精度高、信息丰富、直观逼真、获取便捷等特点。同时，在引入倾斜摄影测量后，城市三维建模的工作效率大幅度提高，且成本得到了大幅度降低。

2 倾斜摄影技术的基本原理与特点

在传统摄影的基础上，兴起了倾斜摄影技术，能消除垂直方向获取影像时存在的弊端，尤其是与无人机的有效融合，可促进工作效率的提升，增强测量工作的灵活性。在无人机倾斜摄影系统的帮助下，能快速获取地面物体的相关参数，具有低成本、高效化的特征。对影像采用相应的计算机软件进行处理，包括区域网络平差、匹配、DSM生成和三维建模等多个环节。建筑物的立体结构能在多个角度进行测量分析，明确地面建筑物属性与位置，保障空间数据获取的准确性与自动化，以完善的测绘产品为工程建设提供依据。多个传感器应用于无人机中，测量区域可以从不同的角度进行拍摄，保障影像信息具有较高的分辨率，通过三维数字模型的生成，为建筑工程测量工作提供依据。运用倾斜摄影技术，能从垂直、左视、右视、前视、后视5个方向获取影像，实现对地面建筑物形状、位置和地形纵横断面的全面分析，可以自主选择地形图比例尺，为地物的模拟分析奠定了基础。在三维模型的构建中，无需较多的人力与资金投入，因此具有成本低廉的特点，其灵活的应用方式也大幅提升了测量工作效率。

3 数字航空摄影测量数据处理技术

3.1 采集纹理信息

大数据时代下，基于信息技术的行业在生产过程中，会生成海量的信息数据。在航空摄影测量技术的应用中同样如此，需要对大量的数据信息进行采集、处理。目前常用的数据采集方法有两种，一种借助计算机软件来完成，由mapmatrix软件和virtuzo软件协调配合，利用两种软件生产的图像，来构建三维模型。对测绘信息进行全面的采集，并实现有价值信息的编辑和存储。另一种方法则是依靠航测内部编辑人员完成的，其将目标信息存入JX4方法，对数据编辑结束后，再将最终的结果存入数据库中。在图像的制作阶段，常用到的工具仍然是photomod软件，该软件的优势就在于，能够对多种类型的数据信息进行采集以及统计。此外，无人机在正式工作前，要制定充分科学的飞行方案，确保能够完成拍摄任务。首先，要像有关部门递交飞行申请，提前做好空域准备，以避免不必要的麻烦。其次，还要明确无人机的各项参数，例如其飞行高度、间隔距离以及导航范围等。只有确保无人机各项参数设置合理，才能为无人机的正常工作打下良好的基础。而且photomod软件的应用，实际上需要飞行方向等信息的支持，只有在掌握飞行方向的前提下，才能进行地形数据的采集和编辑。

3.2 高度测量

在测量建筑的穹顶高度时存在较多困难，在此过程中采用了全站仪对边测量方法、电磁波测距三角高程测量方法和无人机倾斜摄影技术。运用电磁波测距三角高程测量的次数为2次，较差应控制在100mm以内，观测成果选择两次平均值，促进测量精度的提升。应用全站仪对边测量方法时，能够保障良好的观测角度，同时保障测量的精度。以空间后方交会模型为基础，实施无人机倾斜摄影技术，校验相机时运用試验场检验法，通过航空摄影的方式获取影像，在空三加密后生成DEM、DOM、点云数据和实景三维模型。

3.3 空中三角测量

空中三角测量（aerotriangulation，AT）过程将相机参数、影像数据、POS数据进行多视角影像特征点密集匹配，建立在空间尺度可以适度自由变形的立体模型，完成相对定向;将外业测定的像片控制点成果，在内业环境中进行转刺，利用这些点对已有区域网模型进行约束平差解算，将区域网纳入到精确的大地坐标系统中，完成绝对定向。本文通过Context Capture对导入的倾斜摄影测量影像进行计算，提取大量的特征点，并对特征点进行多视角影像同名点匹配，进而计算出每张原始像片的姿态和空间位置信息，最终确定出各像片间的关系。空三解算完成后，可在Context Capture中查看整个航带的布设情况，解算出空三点的位置密度、每张像片的相对位置、像片所覆盖的范围方位角等信息。普通摄影测量更多地获取建筑物顶部的纹理信息，而倾斜摄影测量则尽可能多地获取侧面纹理信息。同一地物会出现在不同的影像上，选择最佳纹理非常重要，可以有效减少影像纹理过度变形。通过计算三维不规则三角网（triangulated irregular network，TIN）模型的三角形面与影像对应的区域间几何关系，寻找最佳纹理进行投射，实现纹理贴附。

4 结束语

文中主要探讨无人机倾斜摄影如何在城市进行三维快速建模，基于在前视、后视、左视、右视和下视五镜头传感器中，对地物共拍摄的五组等效面积的影像图，经过模型制作、空中三角测量等操作精确生成影像点云和三维TIN模型。经模型分析，验证了无人机倾斜摄影快速建立三维城市模型的可行性，但由于无人机本身的缺陷，体积小，重量轻，会导致在飞行过程中的稳定性较差，这也是后续需要解决的问题。

参考文献

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