探究无人机倾斜摄影测量在城市三维建模中的应用

探究无人机倾斜摄影测量在城市三维建模中的应用
三维城市运用描述城市地上景观的三维模型来表达数字城市空间信息，是表达城市信息的重
要载体，对城市规划、建设、管理以及应急响应有着非常重要的作用。

三维城市已展现出其
较高的经济价值和应用潜力。

传统的三维城市模型生产制作是结合遥感影像图和地形图，得
到精确的、可靠性强的建筑物模型、道路模型及其他景观小品模型，将组成城市要件的各类
三维模型集成为三维城市场景。

该方法只适合于普通精度的三维城市建模，但对于高精度、
高仿真、大区域的建模，传统方法势必需要投入更多的作业人员，其建模速度、效率以及时
效难以满足三维城市的应用。

三维城市建模也能够利用三维激光扫描获取地面三维几何数据，运用激光测距原理快速建立物体三维模型，但该方法不能解决纹理数据获取和处理的问题，
纹理贴图仍然需要依靠大量烦人人机交互来完成，无法进一步提升城市三维建模质量。

1无人机倾斜摄影测量技术研究
1.1无人机倾斜摄影测量系统的构成
无人机倾斜摄影测量系统通常由飞行平台、飞控系统、地面监控系统、数据传输系统、任务
设备以及地面保障设备等部分组成。

其中，飞行平台主要指的是搭载摄影设备并执行航拍任
务的无人机；飞控系统是指的是控制无人机定位、导航和飞行的系统；地面监控系统主要用
于对无人机飞行数据的接收、显示、存储和回访，无人机的飞行数据包括高度、速度、航向
及方位；数据传输系统负责地面监控站与飞行控制系统、机载设备的数据和指令控制信息的
传输；任务设备主要是获取航拍影像和存储；地面保障设备主要为无人机飞行任务提供基本
的保障。

1.2倾斜摄影技术的概述
无人机技术是指将无线电遥控技术和智能化的自动控制程序与无人飞机或智能飞行器相结合
的技术。

该种技术主要使用的机种包括固定翼、多旋翼、飞艇和直升机。

无人机的应用不仅
具有快速和经济的优势，而且在具体使用过程中智能化程度较高，更加有利于地理信息的数
据收集。

倾斜摄影技术的应用不仅可以扩大拍摄范围，还颠覆了传统航空摄影技术的应用，
不仅采用了正摄角度的影像采集方式，还运用了多角度的相机同步技术，从而实现对地面物
体各角度情况的获取与收集。

该种技术的建模流程如图1所示。

图1无人机倾斜摄影测量技术三维建模流程
1.3无人机倾斜摄影测量技术特点
第一，无人机飞行高度低，多角度相机组能够多方位、高覆盖获取地物顶面、侧面影像数据；第二，相邻影像间航向重叠度和旁向重叠度高，影像表达内容丰富；第三，少量人工干预，
自动化的影像匹配、建模，主要过程由计算机完成；第四，实体侧面纹理可见，传统的数字
正射影像图主要获取实体顶部纹理，而倾斜摄影技术能够同时映射侧面纹理；第五，综合成
本低，无人机倾斜摄影测量技术在数据采集和城市三维模型生产工作上具有更高的效率，减
少时间和人力成本。

2优化无人机倾斜摄影的三维城市建模方法研究
2.1建模出现问题的原因
虽然三维摄影技术具有多种优势，但是在运行过程中依然会受到具体设备、大气环境以及程
序算法等方面的影响，导致实际模型建设时出现视觉误差和应用障碍等问题。

经过具体分析
与研究发现，目前无人机三维拍摄技术在应用过程中出现上述问题的具体原因有以下几点：
第一，机器设备的姿态变化导致无人机拍摄出现重叠度方面的问题；第二，大气环境的变化
影响三维摄影技术的具体应用；第三，不同时段的光照导致模型建立过程中出现纹理不均匀
和破洞等问题；第四，设备的影像分辨率不足造成影像模糊或模型建立不清晰等问题。

2.2建模的具体优化方法
针对上述建模过程中三维摄影技术使用时出现的问题，可以从以下几方面进行建模优化：第一，几何修复。

对破洞进行修补，凸包抹平并还原，删除飞面等碎部；第二，细部整饰。

重
要地物和标志物的三维模型整饰或替换；第四，针对目前的技术实施问题开发模型辅助编辑
系统，利用该种编辑系统对三维模型进行初始化重建，进而提高三维拍摄技术的使用质量，
并提升几何修复和纹理修补工作的效果，具体优化效果如图2所示。

图2模型重建与修补的实施效果
2.3优化方法的建模实践
利用上述基于无人机倾斜摄影测量成果的城市三维模型质量优化方法，在试验区进行了三维
城市建模的实践和验证。

该项目结合无人机倾斜摄影测量技术和传统建模技术的优点，利用
无人机低空飞行采集目标物顶部高清序列影像，解决了倾斜摄影实景模型细节补充和精细建
模的问题，丰富了建模数据采集的手段，满足了项目对各类数据精度的需求。

3结语
在城市三维建模项目中，随着建模范围的扩大，无人机倾斜摄影测量技术所具有的快速倾斜
影像采集技术、自动空三及建模技术的应用优势也愈加明显。

但是，基于无人机倾斜摄影测
量的城市三维建模技术也存在一定的限制，尤其是局部细节的缺失使其很难满足一些要求较
高的城市三维模型生产需求，因此，相关技术人员需要切实加强对无人机倾斜摄影测量技术
的研究，从而能够有针对性地提出城市三维模型质量提升方案。

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作者简介：
李世伟(1992.2-)，男，武汉大学遥感信息工程学院，单位:湖北省鄂西地质测绘队，研究方向:倾斜摄影测量。