基于倾斜摄影测量的三维模型在城市规划中的应用

基于倾斜摄影测量的三维模型在城市规

划中的应用

摘要：近年来，我国的城市化进程有了很大进展，城市规划管理工作也越来越受到重视。随着城市立体化的发展，传统的二维平面地图难以满足城市规划的需求，基于无人机倾斜摄影测量技术为城市三维建模提供新的技术手段。文章首先对倾斜摄影技术简介，其次探讨了倾斜摄影测量在城市规划中的应用，以供参考。

关键词：倾斜摄影测量；三维建模；城市规划

引言

倾斜摄影测量是通过无人机搭载相机，从左视、右视、前视、后视以及正视五个方向对地面进行拍摄，经过一系列的处理得到地面信息数据。无人机倾斜测量技术已广泛应用于人们生活与工作中，点云数据、数字正射影像图等均属于数字测绘产品。军用无人机遥控设备根据其控制方式，主要分为无线电遥控、自动程序控制和综合控制3种类型。无人机或小型飞机做局部地区测量，可以很精细描绘出地形图和数字地表模型，用于军事目标。以往通常仅可采用搭载单相机拍摄场景图像，倾斜摄影测量技术从众多角度利用多个传感器采集场景数据，令所采集场景信息更加丰富，可有效体现场景地面纹理信息。

1倾斜摄影技术简介

倾斜摄影测量的主要特点是摄影相机的主光轴与地面的垂直方向存在一定的夹角，从而实现对地表地物的旁向摄影测量。其中，当倾角小于5°时，视为垂直摄影测量；当倾角大于5°小于30°时，视为轻度倾斜摄影测量；当倾角大于30°小于90°时，视为高度倾斜摄影测量；当倾角接近90°时，视为水平摄影测量。

2倾斜摄影测量在城市规划中的应用

2.1为规划编制提供基础数据

城市的宏观规划离不开现状数据支撑。规划时，采用三维数据能够更加直观地展示城市高层建筑的全貌，倾斜摄影测量技术能够快速高效地获取大范围城市三维数据，直观真实地展现城市全貌，包括建筑物的位置信息、高程信息、色彩信息以及外观信息等，为城市的宏观规划研究提供基础数据。

2.2三维可视化的实现

农村房地一体三维管理系统满足在完整的三维场景下对三维房屋、宗地的管理与查询，以及对周边地物的浏览与展示的功能需求，为了支撑该功能需求，要综合考虑二维地图、实景三维模型、不动产三维实体的集成，提供一个完整的三维可视化环境。本系统采用基于Cesium的三维可视化方法，来构建一个基于Web 的三维地球和地图环境，二维地图和其他矢量数据经过服务化后，可通过Cesium 地图服务接口加载。针对三维模型的可视化，Cesium有不同实现方法，其中最通用的一种方法是基于3DTiles的可视化方法。基于倾斜摄影测量技术获取的三维模型，可以将其转换为3DTiles格式后进行展示。采用该方法构建的三维场景与不动产数据相关联的三维实体模型具有较强的用户交互性，可满足不动产三维可视化和空间操作的需求。

2.3倾斜影像粗差检测

对倾斜摄影影像密集点粗差进行合理剔除，可以有效提高三维建模精度。粗差检测剔除和自由网构建过程：首先以RANSAC方法为基础，采用5点法相对定向法，建立粗差检测双模型，进行密集点粗差检测；然后采用空间前方交汇算法，计算密集点残差，将残差值较大的像点进行剔除；然后通过选择具有较多连接点的三张影像进行两两间的相对定向，若计算获得的3个线元素向量为共面向量，3个旋转矩阵的依次相乘结果为单位矩阵，则表明倾斜摄影相对定向结果准确，可靠性较高，从而输出自由网构建结果。

2.4为规划设计方案提供三维依据

传统的规划设计方案汇报常采用二维效果图进行展示汇报。二维设计图纸效果不错时，将设计方案放在真实的三维实景中，可能出现高度、形状甚至色彩与周边已建成环境不搭配的现象。采用三维模型建立规划场景时可以同时建立周边环境场景，提供真实的规划场景，通过平台进行多角度、全方位展示，提高设计方案的通过率。

2.5三维可视化的实现

农村房地一体三维管理系统满足在完整的三维场景下对三维房屋、宗地的管理与查询，以及对周边地物的浏览与展示的功能需求，为了支撑该功能需求，要综合考虑二维地图、实景三维模型、不动产三维实体的集成，提供一个完整的三维可视化环境。本系统采用基于Cesium的三维可视化方法，来构建一个基于Web 的三维地球和地图环境，二维地图和其他矢量数据经过服务化后，可通过Cesium 地图服务接口加载。针对三维模型的可视化，Cesium有不同实现方法，其中最通用的一种方法是基于3DTiles的可视化方法。基于倾斜摄影测量技术获取的三维模型，可以将其转换为3DTiles格式后进行展示。采用该方法构建的三维场景与不动产数据相关联的三维实体模型具有较强的用户交互性，可满足不动产三维可视化和空间操作的需求。

2.6多源数据组织与管理

完善的地理信息平台必须要解决多源数据统一存储、集成和管理的问题，因此本文采用了PostGIS数据库+GeoServer的数据存储和发布模式，实现多源数据的管理。不动产数据存储方面，采用的是PostGIS空间数据库，该数据库是一个功能开源的对象关系型数据库，支持空间数据的存储。对于房地权属类信息，以数据库为主要存储方式，主要包含房屋、宗地和权利人的库表信息构建，各表中字段的设置基本参照《不动产登记数据库标准》(试行)的要求，在此基础上添加删除标识字段和2个备用字段，通过不动产单元编码建立房屋、宗地以及权利人之间的关联关系。对于宗地图、房产图、界址点信息等图件数据，以文件系统的方式进行管理，依据不动产单元号进行编号并分类，可按照不动产单元号与数据库进行关联查询，从而实现不动产数据的统一管理。地图基础数据的管理采用的是GeoServer，利用数据服务发布的方式，对矢量数据、地形数据、正射影像等

数据进行服务化管理，通过GeoServer服务器将数据发布为WMS、WMTS、TMS等形式的服务，提供一定区域内地图数据的更新、管理和运维的空间信息服务，实现地图基础数据的整合和共享。

2.7业务模块

系统基于不动产基础数据，建立了三维不动产数据库对数据进行统一管理，将现有的不动产登记数据对接到三维系统中，通过编号或者不动产单元号进行关联，在前端页面实现了不动产信息的查询功能，按照现有不动产数据类型分为自然幢查询、层信息查询、户信息查询、权利人信息查询。同时完成了房产图、宗地图、产权证书的挂接，实现了“从房查图，图属关联”，通过点击三维房屋来查询对应的不动产属性信息以及图件信息，并且打印输出。系统把实景三维引入不动产权籍管理，把倾斜摄影三维模型成果和已有的二维地籍、房产、权利人等数据成果集成到三维管理系统中，更直观、更真实地反映不动产及周边地物现状，可将房屋登记楼幢直接关联到选定三维楼幢模型中，自动建立关联关系，实现二三维的联动查询，满足对农村复杂空间的不动产权籍管理的需求。

结语

综上所述，无人机倾斜摄影测量能够实现大面积范围内城市地物信息的快速采集工作，从而完成城市精细三维模型的快速构建工作，推进数字城市建设的发展。本次研究通过对无人机倾斜摄影关键技术的详细研究，运用项目实例进行分析论证，分别从平面、高程及边长中误差对城市精细三维模型成果进行精度分析，验证了无人机倾斜摄影测量在城市精细三维建模中的可靠性及成果准确性，且有效解决了传统建模方法的不足，实现了城市精细三维模型的快速构建与更新，具有较高的现实意义。

参考文献

[1]曹良中,陈曦,杨辽.基于倾斜影像的三维城市自动建模[J].测绘科学,2017,42(1):124-130.