浅谈无人机倾斜摄影测量技术基本原理及其在三维建模的应用

浅谈无人机倾斜摄影测量技术基本原理及其在三维建模的应
用
摘要：近年来，随着无人机技术的快速发展，使得摄影测量技术与无人机技术
实现了有机的融合，出现了无人机倾斜摄影测量技术，无人机倾斜摄影测量技术
是科学技术快速发展的新兴产物，在多个行业领域都得了广泛应用。

相较于传统
摄影测量技术，无人机倾斜摄影测量技术效率更高、性价比更高，在矿山测量、
城市规划建设以及大比例尺测图等方面具有明显的优势。

文本简要对无人机倾斜
摄影测量技术进行阐述，研究无人机倾斜摄影测量三维建模，并探讨无人机倾斜
摄影测量技术的实际应用。

关键词：无人机；三维建模；倾斜摄影测量技术；优势；应用
无人机倾斜摄影测量技术基本原理是在无人机上同时搭载多个传感器，从而
实现多个方向影像的同步采集，这不仅有效提升了摄影测量的效率，同时在分辨
率以及清晰度方面也有了长足进步。

与传统的摄影测量技术相比，无人机倾斜摄
影测量技术有效解决了在摄影测量领域存在的多个问题，可以帮助研究人员实现
对被测场景的三维模拟，使研究人员可以全方位对被测场景进行研究。

从现阶段
无人机倾斜摄影测量技术的实际效果来看，其优势明显，可以预见随着无人机技
术与摄影测量技术的不断发展，无人机倾斜摄影测量技术可以得到更加广泛的应用。

1.无人机倾斜摄影测量概述
1.1无人机倾斜摄影测量技术的基本原理
无人机倾斜摄影测量技术事实上可以分为两部分，包括了无人机技术和倾斜
摄影测量技术，其中无人机是倾斜摄影测量设备的搭载平台，由倾斜摄影测量设
备负责进行摄影测量任务。

倾斜摄影测量可以实现被测场景五个方向的影像收集，包括垂直、左视、右视、前视、后视以及垂直方向，根据测量影像，通过三维建
模可以实现对被测场景的三维模拟，呈现出被测场景的大小、形状、平面位置、
立面、侧面、横断面、纵断面以及地形起伏等[1]。

而无人机相较于载人飞行器，
其限制相对较小，由于其飞行高度有限，因此不会受到严格的航空管制，同时无
人机的成本也比较低，不需要机组人员，在地面就可以实现对无人机的控制，因此，在多种摄影测量场景中都可以应用。

1.2无人机倾斜摄影测量的基本流程
无人机倾斜摄影测量的基本流程可以分为准备阶段、作业阶段以及数据处理
阶段。

准备阶段主要包括无人机的选择、倾斜摄影相机选择、航线设计，无人机
的选择主要取决于被测场景，建筑区域一般选择多旋翼无人机，一般区域主要采
用固定翼无人机。

倾斜摄影相机目前比较常见的是固定式五镜头摄影相机，但是
在实际应用过程中发现，选择呢双镜头摆动式倾斜摄影测量系统，只用两台相机
即可。

航线设计也取决于被测场景，建筑区域的摄影测量一般测量区域设计为矩形，航线沿着矩形长边敷设，无人机实际飞行的范围要超出设计范围1个航高。

一般区域的摄影测量，测量区域也设计为矩形，航线沿着矩形短边和长边敷设，
呈网格状，无人机实际飞行的范围要超出设计范围1个航高。

作业环节包括航摄
飞行、多视影像、几何校正等，数据处理阶段主要是空三加密、真正射纠正、三
维建模以及DSM生成等，具体如图一所示。

图一无人机倾斜摄影测量作业流程
1.3无人机倾斜摄影测量的优势
关于无人机倾斜摄影测量的优势可以总结为三方面，其一是其可以更加真实
的反映出被测场景，无人机摄影测量可以获得被测场景的高度、外观以及位置等
数据信息，根据三维数据构建的被测场景三维模型相较于人工模型仿真度更高，
更具真实感[2]。

其二是无人机倾斜摄影测量性价比更高，无人机倾斜摄影测量依
赖于技术上的优势，相较于传统航摄对于人员需求较小，总体上成本投入较低，
并且输出的成果可以有效满足需求，整体性价比更高。

其三是无人机倾斜摄影测
量的工作效率更高，其采用的自动化三维建模，相较于人工建模，效率更好，工
作周期大大缩短。

2.无人机倾斜摄影测量三维建模
无人机倾斜摄影测量三维建模主要是利用专业的测绘软件将倾斜摄影相机拍
摄的影像资料进行处理加工，并输出倾斜摄影三维模型。

本文研究的主要是
Smart3D倾斜摄影三维建模，Smart3D由两个模块构成，分别是引擎端与主控台，利用此软件可以快速构建出一个带有纹理的高精度模型，整体上更加直观、更加
真实。

2.1三维建模的基本原理
Smart3D倾斜摄影测量三维建模的基本原理是利用空三加密计算出连接点，
以连接点为基础构建不规则三角网TIN，进而生成三维框模，然后利用软件在三
维框模中输入航摄影像资料，由软件完成自动映射，进而输出完整的被测场景三
维模型。

2.2三维建模具体处理
2.2.1准备工作
在开始三维建模之前，首先需要进行相关准备工作，具体包括以下三个方面，其一是整理倾斜摄影相机拍摄的原始影像资料；其二是创建EO文件，即按照既
定的格式与顺序创建相关数据信息表格；其三是原始影像资料导入处理软件，为
后续数据处理以及建模做好准备。

2.2.2空三加密
从原始影像资料中提取出大量特征点，然后根据五个拍摄方位对提取的特征
点开始同名同点匹配，找出不同影像中与之对应的外方位元素。

完成空三加密操
作后，可以查询相关位置的信息或者其他情况，比如空三点位置密度、航带全部
飞行情况、单个影像资料覆盖范围等。

2.2.3导入控制点
一般情况下，在导入控制点之后还需要再次重复空三加密操作，如果在首次
空三加密利用EO文件完成了Block导入，可以省略此项操作[3]。

选择在空三加
密之后进行控制点导入主要是重复2次空三加密操作所需要的时间明显少于完成
控制点导入后再进行空三加密的时间，并且还可以利用空三加密对航带的详细情
况进行了解，可以有效提升匹配控制点对应位置的效率。

2.2.4模型贴图
完成上述操作流程后，需要进行模型分块，此项工作主要是通过选择tile的
尺寸完成。

模型分块操作结束之后，需要导出Smart3D计算结果当中不够理想的
部分，并利用第三方软件进行修改、编辑，重新整合数据，确保数据的有效性、
准确性。

最后利用Smart3D的回炉功能重新修改三维模型，并输出新的结果，进
而构建出被测场景的三维模型。

3.无人机倾斜摄影测量的应用
无人机倾斜摄影测量相较于传统的航摄方式更加高效、应用范围更广，其生
成的三维模型在征迁测量、矿山测量、大比例尺测图、城市规划、应急测绘保障
等多方面均可以得到有效应用。

3.1矿山测量
通过无人机倾斜摄影测量拍摄的三维影响数据，生成三维模型可以更加真实
的反映出矿坑的地形地貌，比如斜坡、陡坎以及深坑等。

现阶段，保护环境是大
势所趋，利用无人机倾斜摄影测量影响资料生成的三维模型可以准确反映出矿坑
的实际情况，在矿区整治、修复以开发利用等方面可以发挥极大的作用。

某矿区
经过多年开采后，目前已经成为废弃矿坑，政府计划对矿区进行开发利用，但是
其中一个矿坑深入地下百余米，边缘位置接近于垂直，测量人员难以进入坑底，
因此选择利用无人机倾斜摄影测量，图二是无人机倾斜摄影测量后，生成的三维
模型，真实反映了矿坑的地形地貌，为政府决策提供了参考依据。

图三矿区三维模型
3.2城市规划
通过无人机倾斜摄影测量收集城市各区域地形地貌，对政府进行城市规划、
建筑选址等多方面可以提供参考，甚至可以将工程建筑模型与倾斜摄影测量三维
模型进行拼接，呈现出工程竣工后的真实效果。

现阶段，在城市规划设计中，主
要使用的数字化地图，这对于非专业人士而言，不够直观、真实，如果可以无人
机倾斜摄影测量的影像资料与项目鸟瞰图结合，可以呈现更加直观的效果，可以
分析项目与周边环境是否协调，这对于政府作出决策具有重要作用。

3.3大比例尺测图
相较于传统的航空拍摄测量，无人机倾斜摄影测量由于采用的无人机拍摄，
拍摄高度相对较低，因此，拍摄的影像分辨率更高，因此，根据倾斜摄影测量的
影像资料完成的大比例尺测图其精度更高[4]。

目前，利用无人机倾斜摄影测量完
成大比例尺测图已经在实践当中得到应用，并且取得了良好的效果，比如在农村
集体土地登记确权、不动产登记等方面。

3.4两违管控
将既往的房屋轮廓线以及层高CAD数据与当前无人机倾斜摄影测量的数据进
行重合，可以直观的分辨出被测区域内的房屋是否有新建或者拆迁的情况。

一般
情况下，选用正射影像进行对比，然而如果建筑增加层数或者改变用途，采用正
射旖旎各项无法有效体现。

比如部分违规建筑是在建筑顶层搭建钢构房屋，正射
影像无法反映出建筑变更，此时就需要利用三维模型，这样可以直观反映建筑层高、建筑高度以及建筑材质。

将以往的CAD数据与之进行对比，可以直观反映建
筑是否存在增建、改建以及拆除的情况，这可以有效降低“两违管控”的工作难度，同时在拆迁方面也可以得到有效应用。

4.结语
综上所述，无人机倾斜摄影测量目前已经被应用在各个行业领域的生产实践
当中，随着无人机技术的进一步发展，续航能力以及稳定性进一步加强，可以使
测量数据更加精准，测量范围进一步扩大，可以预见其必然会获得更大的发展，
应用于更多行业领域当中。

参考文献：
[1]郭楷文，刘恋，曹成蓉等l.基于无人机倾斜摄影测量技术的三维建模[J].科
学家，2016（14）：60-61.
[2]冯茂平，杨正银，张秦罡.基于小型多镜头航摄仪的无人机倾斜摄影技术在
实景三维建模中的应用[J].测绘通报（s1）：11-13.
[3]周小杰，胡振彪，乔新.无人机倾斜摄影技术在大比例尺地形图测绘中的应用[J].城市勘测，169（01）：65-68.
[4]席文欢，黄红梅.基于多旋翼无人机的大比例尺地形图测绘应用研究[J].广东水利水电，2019（8）：103-106.。