无人机倾斜摄影测量三维建模及精度评定

无人机倾斜摄影测量三维建模及精度评定

摘要：无人机倾斜摄影测量技术是现阶段测绘行业的一种新兴的测量技术，无

需与被测量物体接触，能够保障测量结果的高精度和有效性，且在一定程度上节

约了大量的人力和物力。在该技术的实际运用过程中，应根据待测区域的实际情况，选择恰当的设备，合理规划航测时间和航线，并考虑天气因素，从而保障航

测的有效性、可靠性。鉴于此，文章对无人机倾斜摄影测量三维建模及精度评定

进行了研究，以供参考。

关键词：无人机倾斜摄影测量；三维建模；精度评定

1无人机倾斜摄影测量技术的特点

1.1多视影像联合平差

无人机倾斜摄影测量技术应用过程中使用了新的多视影像联合平差技术，可

以有效解决传统的测量系统在数据处理方面的不灵敏等问题，以合理方式处理影

像之间的遮挡关系，及时确定合理的连接点和连接线等，提高了成像结果的准确度。

1.2多视影像密集匹配

无人机倾斜摄影测量技术在应用过程中使用了多式影像密集匹配技术，该类

技术可以有效提高摄影测量的分辨率，其覆盖的面积范围也明显增大。在利用该

技术开展匹配的过程中，可以及时对各类多余的信息进行研究，通过明确坐标点

的位置，可以获取地面物体的准确三维信息。通过多元影像密集匹配技术，可以

利用建筑物的侧面等来提取各类信息，建筑物的边缘信息和文理信息等也可以被

充分利用起来，继而形成相对完善的二维数据，通过该技术将其转变为三维数据，建筑物的高度和轮廓信息等可以及时提取出来。

1.3模型生成和影像纠正

在多视影像技术的帮助下，可以及时将地面建筑物的各类数据扫描表达出来，继而形成相对较为全面的数字表面模型。但是在实际测量建设工作开展过程中，

受到角度和尺度的差异，很可能出现建筑物遮挡以及阴影等现象。为了降低概率

因素对数字表面模型造成的影响，应当及时利用影像外的方位元素来开展匹配设

计工作，结合当前比较相对的算法等开展各项计算，提高计算效率的同时合理确

定建筑物的高度等相关数据，保障三维建模工作的精确性。在获得了高密度的数

据之后，应当及时进行滤波处理等工作，将不同的匹配单元融合起来，形成整体

统一的数据。在利用多式影像技术开展各项工作的过程中，应当及时对屋顶重建

等几何信息进行提取，结合其他相关技术来开展信息优化等工作，制定合理的全

局优化措施，合理开展均光处理，保证各项工作的有效性。

2基于无人机倾斜摄影测量技术的三维建模方法研究

2.1航线规划

在无人机倾斜摄影测量的工作中，飞机的飞行要保证一定的平稳性，并且要

根据实际情况规划路线，并且在此航线中无人机的航高要在一定的允许范围内。

对于无人机来说，如果需要其飞行具有一定规则的航空路线，在不借助航线规划

的前提下，单靠人工通过遥控控制无人机得以操作飞行方向是不容易实现的，除

此之外，数据采集的过程中还要保证飞行速度保持匀速，以便影像采样率均匀且

影像稳定，再则，在空中作业过程中，会受到空气流速度的影响，使无人机平衡

性被打破，导致得到的影响数据模糊，最后，根据相应的规范要求，建模对于像

片的采样率和重叠率有比较高的要求，光靠人工操作遥控器飞行不好把握的，最

后导致飞行获取数据的质量不高，从而致使需要重飞等操作，降低工作效率，所以，可见因此航线规划在进行数据采集前是很有必要的。一般而言，理想的测区

形状为矩形，也就是传统航空摄影中所使用的测区形状。矩形测区的航线规划较

为简单，采用平行航线折返拍摄即可。但实际情况中，测区的形状很可能是非规

则的多边形甚至是长条带形状，这会增加航线规划和执行的难度。

2.2关键技术

通常情况下，利用无人机倾斜摄影测量技术进行三维城市建模时，需要注意

一点，即在实际的测量中，由于一些不可确定因素的影响，例如，无人机设备的

性能、大气环境以及处理软件的功能等，会导致实际的模型建立出现一些错误，

最终影响后续工作，主要原因如下：（1）无人机姿态变化以及飞行线路的影响，导致影像在重叠度和几何畸变方面受到影响，出现模型畸形的严重问题；（2）

大气环境有时存在不可预测性，例如，大气噪声引起三维模型出现飞面和凸包等

问题；（3）光照的影响，由于不同时段的光照强度不同，导致模型的纹理出现

不均匀的问题。以上这些问题都是十分复杂和多变的，也是当下无人机倾斜摄影

测量技术应用中所存在的局限性问题，还需要加大研究力度，有效提高三维建模

的水平和质量。

2.3优化方法

通过上述分析发现，基于无人机倾斜摄影测量技术的城市三维建模存在诸多

的畸变和错误问题，这些问题的存在导致实际的测量精度受到影响，不利于后续

规划工作的有序进行。为了有效解决这些问题，需要对三维建模方法进行优化处理，关键点包括：（1）几何修复。对模型中的破洞问题进行修补，对凸包问题

进行抹平和还原，对飞面问题进行删除等，以此提高建模质量和精度；（2）纹

理修补。对光照影响下三维模型中出现的不均匀纹理问题，需要进行替换和修补，以确保纹理足够清晰。

2.4三维建模实践分析

结合传统建模的优点和成熟技术，对无人机倾斜摄影三维成果模型中需要改

进的地物目标或区域进行二次处理。开发一套模型辅助编辑系统，导入空三加密

成果和初始化重建三维模型，根据空三技术和空三加密成果的特点，利用空三加

密成果，初始模型缺陷明显的目标和区域进行几何修复和纹理修补工作。编辑系

统的核心功能有三维模型同名点搜索、空三影像纹理自动提取、模型交互制作等，所有功能组织以空三后的影像数据为核心，充分利用纠正的倾斜影像和加密点，

进行模型纹理提取和定向建模。在空三后影像上绘制地物目标的结构线，通过拉

伸等方法实时制作三维模型实体并自动贴图，形成场景三维模型。

2.5精度分析

（1）倾斜影像空三精度，为提高模型定位精度，在建模前，需要对倾斜影像空三匹配结果进行精度分析。在某研究区域内选取17个控制点和23个检查点，

通过分析发现，研究区域倾斜影像空三控制点平面中误差为±0.10m，平面最大误

差为±0.16m，高程中误差为±0.09m，高程最大误差为±0.22m；检查点平面中误差

为±0.14m，平面最大误差为±0.27m，高程中误差为±0.12m，高程最大误差为

±0.29m，符合相关精度要求。（2）模型精度分析，借助于RTK在测区外业实地

测量的刺点片，读出13个检查点在模型上的坐标，然后与该点的实际坐标作对比，进行精度评估，结果如表1所示。

表1精度评估

由表可知，经13个检查点在模型上的坐标与该点的实际坐标对比后得出，其