浅谈无人机倾斜摄影测量技术在三维建模中的应用

魏鑫 徐金娟

摘 要：随着智慧城市建设的开展，对城市建筑区和周边地区精细三维模型数据的需求不断增加，无人机倾斜摄影测量技术使得快速获取高分辨率航空影像、高效建立精细地表三维模型成为可能。本文通过展示无人机倾斜摄影测量技术讨论无人机倾斜摄影测量技术在城市三维建模领域中的应用，探讨在智慧城市建设中的应用前景。

关键词：倾斜摄影技术;三维建模;应用

传统方法生产城市三维模型存在周期长、精细程度差、模型类型单一、真实感较差、成本费用高昂等问题，限制了三维信息在行政管理和行政服务中的应用，倾斜摄影技术是近年来在国内外发展起来的三维模型获取的新技术，具有工期短、成本低和效率高等优势，为城市三维模型的快速获取提供了新的选择。

1.无人机倾斜摄影测量技术概述

1.1 无人机平台

无人机是无人驾驶航空飞行器的一种，按照飞行方式划分，目前无人机平台主要包括固定翼无人机、多旋翼无人机、复合固定翼无人机、扑翼无人机、无人直升机和飞艇等。无人机平台可携带任务载荷，已成为地形测绘、资料调查、规划设计、环境监测、智慧城市等领域的一个重要支撑。

1.2 倾斜摄影测量技术

倾斜摄影技术近几年在测绘领域迅速发展，成为获取地表信息的主要技术手段之一。它从根本上推翻了传统的正面摄影在垂直角度上拍摄的局限性，通过无人机平台，以特定的倾斜角度和方向对地面进行摄影，获取建筑侧面影像信息，利用计算机视觉技术将二维图像快速准确匹配为三维环境信息，从而实现实景三维建模技术。

1.3 无人机倾斜摄影测量技术的优势

（1）有效降低城市三维建模成本。倾斜摄影技术可获取建筑物侧面纹理信息，相对于普通的无人机相机数据的采集，有效降低城市三维建模成本。

（2）生产效率高。利用无人机平台的机动性高、快速、经济的优势，不管是用于生产实景三维模型还是大比例尺测图，生产效率高于传统作业模式的数倍。

（3）相对于正射影像，倾斜摄影反应三维地理信息，能够从多角度观察地物，真实表达地物的实际情况，弥补了正射影像应用的不足。

（4）可量测性。利用配套的三维建模软件，基于计算机视觉技术生成不同各类型的成果，包括高度、长度、面积、角度、坡度、体积、等的量测，拓宽倾斜摄影技术在行业中的应用。

（5）数据量小，易于网络发布。相较于三维GIS技术应用庞大的三维数据，应用倾斜摄影技术获取的影像的数据量要小得多，其影像的数据格式可采用成熟的技术快速进行网络发布，实现共享应用。

2.无人机倾斜摄影测量技术进行三维建模的关键因素

2.1无人机倾斜摄影系统组成

无人机倾斜摄影系统主要由无人机平台、飞行控制系统、地面控制系统、数据链路等构成。飞行控制系统能够按照规划的航线进行飞行，当无人机在空中正常飞行或受到干扰的情况下能够保持无人机姿态和航线的稳定，按照地面控制系统的无线传输指令，完成导航计算、遥测数据传送、任务控制与管理等。倾斜摄影系统主要运用多相机一次获得多角度影像数据，包括垂直影像和倾斜影像。倾斜角一般在35°----45°，使得单一飞行的影像覆盖宽度就可以达到下视相机的3--5倍。

2.2无人机倾斜摄影测量的主要技术选择

无人机倾斜摄影测量作业前，根据任务要求选择合适的飞行平台、倾斜摄影系统，按照要求进行测区范围划定，制定高效、经济、质量高的飞行航线和飞行方法，选择合适的实景三维建模软件，生成高精度、高分辨率、高质量的三维数字成果。

无人机平台的选择重点无人机类型、考虑载荷、续航能力、自重、抗风能力、便携性要求、飞行速度等方面，根据项目要求，选择合理、低成本、机动性强、效率高的飞行平台。

倾斜摄影的主要用途是为了建立精细的三维地表模型，而采用倾斜摄影三维建模软件自动建立精细三维地表模型的效果主要取决于两个因素：一是倾斜影像的地面分辨率和影像质量，二是倾斜影像对建模区域的覆盖率。

2.3三维建模软件

三维建模是倾斜摄影测量的重中之中，模型的质量、造型等将会直接影像后期对它的使用结果。目前，常用的三维建模软件主要有ContextCapture、PhotoMesh、PhotoScan、Virtuoso3D等。三维建模流程包括原始影像数据导入、影像特征提取和匹配、光束法区域网平差、多视角影像密集匹配、密集点云生成、三角网模型构建与优化、自动纹理映射等步骤。

3.无人机倾斜摄影测量技术的在三维建模中的应用前景

近几年，随着无人机技术与计算机视觉技术的日新月异，倾斜摄影测量技术得到迅猛发展，在获取建筑物、树木、山地等地物和地貌的纹理细节方面得到了很大提高，高冗余度的影像重叠，为高精度的影像匹配提供了有利条件，实现了基于人工智能的三维实景重建，无人机倾斜摄影测量目前已经成为低空摄影测量的重要手段，应用在测绘、旅游、规划、应急、电力、环境保护、国情调查等领域。随着近几年GIS技术的高速发展，智慧城市正趋向智能化、三维化发展，地理信息数据实现从二维到三维的转变，为国土资源利用、城市规划建设、房屋调查管理等提供高精度、高分辨率等地理信息源数据。倾斜摄影测量技术改变传统的作业方式，大幅提高数据获取的作业效率，使得出现大量的更好、更丰富、更精确的城市三维模型产品和服务，为我国土地资源、优化国土空间等起到具体作用。

4.结束语

本文主要介绍了无人机倾斜摄影测量技术的大致情况，以及它在三维建模中的突出应用，随着地理信息技术的发展，城市模式不断以三维立体作为主要表现形式，无人机倾斜摄影测量技术减少了在人力、物力的投入，并且提高了实景三维建模的工作效率，为我国土地资源利用、国土空间优化、城市规划建设提供了更精确的城市三维模型产品，推动了地理信息的发展，更好的服务于国民经济建设。

参考文献

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