关于倾斜摄影测量系统必要性的思考

关于倾斜摄影测量系统必要性的思考
发布时间：2021-03-04T09:11:27.960Z 来源：《建筑实践》2020年11月31期作者：陈瑞剑朱晓雯
[导读] 随着信息技术的发展，测量技术日益革新，传统摄影测量已经无法满足现今对测量技
陈瑞剑朱晓雯
江苏省地质勘查技术院江苏南京 210000
摘要：随着信息技术的发展，测量技术日益革新，传统摄影测量已经无法满足现今对测量技术的高效、精准、便捷等要求。

使用倾斜摄影测量系统普遍应用于生产生活已经迫在眉睫。

文章针对我国当前斜摄像测量系统使用情况、斜摄影测量系统的必要性提出思考，并究其问题探讨如何更好地应用相关技术。

关键词：倾斜摄影测量
1 引言
倾斜摄影能够以多角度、大范围、高精度、高清晰等优势全面感知复杂场景，快速、有效地获取地物正直影像及立面纹理。

不同于传统摄影测量技术无法构建三维立体模型，倾斜摄影测量系统可快速实现三维模型建立，可以有效地降低大区域三维模型构建成本，提高我国数字城市、数字乡村等数字化建设的基础数据获取效率，缩短各类大区域三维建模工作周期，将是城市、乡村、地质地貌等景观三维建模的主流方式。

2 国内研究现状
2010年4月，天下图首次引进美国Pictometry公司的倾斜摄影测量技术，开启了国内实景三维建模的大门。

2014年6月，全国倾斜摄影联盟成立，并提出明确的目标：“以提高自主创新能力为宗旨，以倾斜摄影技术产品为核心，整合数据获取、建模生产与应用研发多方力量，为公众和政府提供倾斜摄影产业链的一体化解决方案，推动倾斜摄影技术革新与产业应用。

2014年下半年，超图软件针对倾斜摄影三维建模的特点推出了SuperMap GIS7C(2015)版本，攻克了海量倾斜模型加载、地物单体化等诸多技术难题并对其应用进行了深入挖掘，各项技术指标也已排在了世界前列。

目前，倾斜摄影测量技术已经广泛应用于生产实践，国内利用倾斜摄影测量技术已成功构建多个城市的实景三维模型。

2016年辽宁省基础测绘院承担的营口市城市建成区109.6平方公里的倾斜摄影与实景三维模型的生产工作于2016年12月初圆满完成，并通过了辽宁省测绘产品质量监督检验站的质量验收。

2017年重庆市规划局主办的“重庆市智慧城市高级研修班”，重庆市地理信息中心现场展示了最新的实景三维应用科研成果。

内容包括实景三维模型精细化成果、实景三维应用系统及实景三维应与VR融合体验等。

3 倾斜摄影测量系统的必要性
3.1与传统摄影测量技术的对比
传统摄影测量技术只能从垂直角度进行正射影像的拍摄，生成4D测绘产品，但无法构建三维立体模型。

倾斜摄影测量区别于传统摄影测量，其通常采用五个方位进行数据采集，分为正摄、前视、后视、左视、右视，配合惯导系统获取高精度的位置和姿态信息，通过特定的数据处理软件进行数据处理，将所有影像纳入到统一的坐标系统中。

大部分倾斜摄影测量使用固定翼或多旋翼无人机,搭载正直和多个倾斜摄影相机, 凭借其多角度、大范围、高精度、高清晰的多种优势既能生产传统4D测绘产品又能快速创建三维数字城市模型,对传统地形图测量生产和数字城市三维建模带来革命性的变化。

3.2倾斜摄影测量系统的优势
倾斜摄影测量系统对于快速提高大区域矿产勘测、地质灾害勘查、区域地质地貌数据采集等方面作业精度、工作效率，拓展摄影测量行业范围及深度具有积极的推动作用。

作为现代化信息技术的产物，倾斜摄影测量具有以下优势：
1）倾斜摄影测量系统具有较高的测量精度和测量效率，能够满足不同要求、复杂且不易到达测量区域施测的工作需要，具有其他方法不可替代的作用。

2）通过配套软件，能让用户从多个角度观察地物，可直接基于成果影像进行包括高度、长度、面积、角度、坡度等元素的量测，更加真实的反映地物的实际情况，极大的弥补了基于正射影像应用的不足。

3）建模效率高，是传统人工建模的几十倍甚至上百倍。

4）建模成本低、生产周期短；建模效果逼真。

5）解决了传统摄影测量的投影差、大比例尺测图屋檐修正等问题。

6）生成的实景三维地图成果可通过网络发布，实现应用共享，被广泛应用于智慧城市各相关行业。

3.3倾斜摄影测量系统的不足
目前倾斜摄影测量仍然处于发展阶段，其优势与不足并存。

首先，在影像匹配方面，对于存在大面积水域或植被等纹理单一的影像，由于特征点的局部领域十分近似，导致领域特征描述区分度较小，引起匹配粗差。

地物结构的对称性和遮挡也可能引起错误匹配。

其次，参与倾斜影像定向的多种观测值具有不同的测量精度，而同一类型观测值的精度也可能不同，如下视和倾斜影像中同名点的观测精度可能存在较大差异，如何合理选择观测数据是个问题。

第三，由于缺乏纹理的影像区域缺少有效的同名点观测，造成密集匹配方法难以获得初始值，从而导致密集匹配失败。

另一方面，尽管倾斜摄影能够获取建筑立面的纹理影像，但较大的观测角度容易引起影像变形，导致模型的精度下降，从而造成三维模型的立面视觉效果不佳。

最后，利用倾斜摄影测量技术重建出的数字表面模型通常存储为统一的三维三角网结构，但现有三维建模和管理系统通常以建筑单体的形式存储和管理建筑三维模型及其属性数据，这对数据交互造成了不便。

3.4倾斜摄影测量系统建模效率分析
传统三维建模通常使用3dsMax、AutoCAD等建模软件，基于影像数据、CAD平面图或者拍摄图片估算建筑物轮廓、高度等信息进行人工建模。

这种方式制作出的模型数据精度较低，纹理与实际效果偏差较大，并且生产过程需要大量的人工参与；同时数据制作周期较
长，造成数据的时效性较低，因而无法真正满足用户需要。

目前主流三维立体建模软件（Smart3D Capture软件、街景工厂等）是基于从简单连续照片，无需人工干预，全自动生成高分辨率、可视化效果好、纹理逼真、清晰的真三维模型（实景三维模型）。

由于倾斜摄影测量技术能够获取建筑物、树木等地理实体的纹理细节不但丰富了影像数据源信息。

同时，高冗余度的航摄影像重叠，为高精度的影像匹配提供了条件，使得基于人工智能的三维实体重建成为了可能。

采用传统三维建模方法，投入人力多，其建模方式一两年才能完成一个中小城市建模工作，通过倾斜摄影建模方式只需要三至五个月时间即可完成，外业技术人员减少2/3，外业工作时间减少2/3，项目成本可节约30-60%。

4 实例展示
以多旋翼无人机飞行搭载平台为例，通过在云台搭载多镜头倾斜相机，使其满足三维立体建模摄影外业采集需求。

通过多镜头倾斜相机采集影像数据，经过几何校正、区域网联合平差等数据处理流程后，系统便可生成三维立体模型。

图4.1 地质灾害点案例
除以上案例外，倾斜摄影测量系统在土地调查、农村地籍测绘、河湖治理、不动产确权、工程测量、建筑施工、农业林业、智慧城市、交通规划、BIM 设计、GIS信息系统等各领域都有广泛的应用。

5 结束语
随着不同行业、不同场景的应用需求日趋多元化，倾斜摄影测量系统在数据采集、处理工艺、数据质量、几何精度等方面的优势日益明显，今后必将运用于更加广泛的领域。