基于无人机倾斜摄影数据的实景三维建模探究

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DOI：10.16661/ki.1672-3791.2109-5042-6637

基于无人机倾斜摄影数据的实景

三维建模探究

常龙1 游华武2

(1.南瑞电力设计有限公司 江苏南京 211100; 2.南瑞电力设计有限公司 福建福州 350007)摘 要：无人机倾斜摄影技术突破传统垂直角度航摄的限制，通过多台传感器的搭载，可以从不同的角度完成对同一建筑物的拍摄，让航测数据变得更加丰富，使得数据基础变得更加充足。同时，通过与三维建模技术的有机结合，让人们对建筑物的观察更加直观和真实，利用无人机倾斜摄影技术，可以完成实景三维模型的专业化构建，使得地物的实际色彩及纹理得到有效还原，让相关工作人员对建筑物外形及整体结构有全面了解，同时能够分析周围环境状态，并且可以体现建筑物的细节，促进工程领域及其他行业的稳定有序发展。关键词：无人机 倾斜摄影数据 实景三维建模 航测数据中图分类号：TP391.4 文献标识码：A

文章编号：1672-3791(2021)09(a)-0012-03

Research on 3D Modeling of Real Scene Based on UAV Tilt

Photography Data

CHANG Long 1 YOU Huawu 2

(1.Nari Power Design Co., Ltd., Nanjing, Jiangsu Province, 211100 China; 2. Nari Power Design Co.,

Ltd., Fuzhou, Fujian Province, 350007 China)

Abstract: UAV tilt photography technology has broken through the limitations of traditional vertical-angle aerial photography. Through the carrying of multiple sensors, it can complete the shooting of the same building from different angles, enrich the aerial survey data and make the data base more suff icient. At the same time, through the organic combination with three-dimensional modeling technology, people can observe buildings more intuitively and realistically. Using drone tilt photography technology, the professional construction of real-life three-dimensional models can be completed, so that the actual colors and textures of the ground objects can be obtained. Effective restoration allows relevant staff to have a comprehensive understanding of the shape and overall structure of the building, and at the same time can analyze the surrounding environment, and can ref lect the details of the building, and promote the stable and orderly development of the engineering f ield and other industries.Key Words: UAV; Tilt photography data; Real scene 3D modeling; Aerial survey data

作者简介：常龙(1988—)，男，本科，工程师，研究方向为高压输电线路测量、设计。

无人机倾斜摄影属于一种高新技术，通过对此项技术的合理运用，可以为实景三维建模提供准确且全面的数据基础。以此为前提的实景三维建模让建筑物

及地理条件得到更加清晰的还原，并且无人机倾斜摄影可以对传统航测技术应用过程中存在的不足之处进行有效弥补，如成本高、角度单一以及效率低等，对

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于社会发展及经济建设而言，有着重要价值和作用。

1 无人机倾斜摄影的实际应用

1.1 基本原理分析

无人机航测系统属于数据采集系统的一种，实际应用原理为对无人机进行利用，在此飞行平台的应用过程中，开展无人机航测数据采集工作，同时主要采用的负载为不同类型的传感器，通过各种传感器的利用，可以实现对遥感图像信息的获取。无人驾驶飞机，即UAV（Unmanned Aerial Vehicle），包含的构成部分主要有无人机机体、数据链路、飞行控制系统以电源等。其中，飞行控制系统对于无人机的使用来说是不可或缺的重要技术核心，在很大程度上决定了系统的稳定性和可靠性。除此之外，对于传统的航空系统而言，无人机航测系统是不可缺少的关键性补充部分，此种系统具备很多应用优势，比如：在空域方面受到的限制相对较小，同时实际应用过程中的灵活性强、速度快以及应用成本低等，在此基础上，可以在小范围内完成高分辨率图像的获取。

1.2 倾斜摄影测量技术的应用分析

倾斜摄影测量技术属于新型测绘技术的一种，在无人机上有很多传感器的装载，可以实现从不同角度进行拍摄，如垂直及倾斜等，且保证得到的图像精度较高。对于倾斜摄影平台的应用来说，涉及的范围十分广泛，例如：广告系列的相机，还有倾斜RCD30天线装置，再有Pictometry倾斜摄影系统以及思维视觉SWDC-5倾斜相机等多种应用。

1.3 常用倾斜航摄方式

通常情况下，相对来说应用较多的倾斜航摄仪为5拼相机，具体指由5台相机从不同的角度进行拍摄，主要有前、后、左、右以及垂直向下。保证每个曝光点均由以上镜头从多个角度进行拍摄得到，针对同一个特定的对象而言，可以从不同的曝光点出发，开展可视化拍摄工作。为了让后期相关数据信息的处理更加便捷，需要保证平面位置、飞行姿态以及曝光时间等数据获取的同时性，加强无人机与倾斜摄影技术的深度融合，对于城市真实场景三维模型的构建来说，是重要的渠道之一[1]。

1.4 倾斜摄影的实际效果分析

倾斜摄影的具体应用与飞行平台倾斜相机没有区别，针对同一个点，同时地形角度一样，进行相应的倾斜拍摄，从而让获得的信息变得更加丰富。之后从不同的角度出发，开展特性分析工作，让传统正交投影模式中特性分析存在的不足得到有效弥补，使得获取的建筑结构信息更加全面和准确。在现阶段，相对来说应用最为广泛的为倾斜摄影实景三维建模，不仅让建模的整体效率得到提高，还能对提升场景建模的精度[2]。

1.5 倾斜图像的拍摄范围

通过对倾斜角度拍摄的方式进行利用，可以实现倾斜图像的获取。以国内发展及应用相对成熟的DM-150空中平台为例进行说明，无人机对场地不存在过高要求，主要采用滑行以及弹射起飞方式，同时能够为长时间以及高空的作业环境提供支持，海拔范围可达300～6 000 m。并且配置的天线装置为dm5-3600，此种航摄仪主要构成为5台sony7R相机，同时倾斜相机与下视的实际夹角为38°。

1.6 无人机倾斜摄影测量技术特点

采用无人机倾斜摄影测量技术，具备很多应用优势和技术特点。首先，需要投入的成本较低，并且具备较高的机动性，同时作业效率高；其次，可以让正交投影纵向分析存在的问题得到有效处理，开展对象分析工作的过程中，利用3D模型的高程及坐标能够实现360°研究，而且可以与二次开发软件进行有机结合，从而达到准确测量建筑物高度的目的，为边坡分析工作提供重要基础依据；最后，针对斜向图像的应用而言，不会涉及庞大的数据量，由于其可以支持不同格式的互连，能够实现二次开发和利用[3]。

2 实景三维模型生产原理和效果分析

2.1 三维模型构建的基本原理

倾斜摄影测量三维建模技术的应用原理为将获得的倾斜图像作为主要数据源，通过集成倾斜成像，对图像数据进行适当的调整，之后完成相应三维环境的构建，让单个角度数据块存在的不足之处得到有效弥补，让纹理变得更加丰富，同时能够实现冗余观测。三维建模技术的实际应用流程为数据的预处理，针对倾斜图像进行区域网络构建，之后合理匹配点云密度，最后完成纹理映射以及三维建模。

2.2 三维模型具备的基本特点

三维模型具备很多特点，首先，能够实现对地形地貌的真实反映，突破三维平面地图的限制，让对象结构的描述更加全面，同时使得3D纹理更加清晰，为用户提供从不同角度对统一对象进行浏览的条件[4]。并且纹理的职能提取等功能，再加上计算机绘图算法的实际应用，可以让三维建模的实际效率得到提升，从而让得到的三维模型更加真实。其次，通过与倾斜摄影技术的有机结合，可以实现更加真实地理坐标三维模型的构建，从多个方面进行测量，主要包括面积、标高、方位角以及线距等，主要应用在建筑以及城市规划等行业中。

3 基于无人机倾斜摄影数据的实景三维建模技术要点分析和掌握

3.1 重视天线及摄像机标定文件的使用

应用无人倾斜摄影以及三维建模技术过程中，对

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