基于倾斜摄影快速构建城市三维模型的方法

基于倾斜摄影技术快速构建城市三维模型的方法

1航测系统

倾斜摄影技术是国际测绘领域近些年发展起来的一项高新技术，它颠覆了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度采集影像，将用户引入了符合人眼视觉的真实直观世界。

利用倾斜摄影技术的最大优势在于可以全自动、高效率、高精度、高精细的构建地表全要素三维模型。自动建模和智能测图一下搞定了摄影测量几十年来苦苦追求的目标。所以呢，这项技术还是很厉害的。当然了更应该佩服的是那群通过计算机视觉技术利用足够数量和有足够重叠度的倾斜影像实现了三维重建的程序员，这才形成了倾斜摄影技术或倾斜摄影测量技术。而我自己觉得倾斜摄影这项技术带来的最大创新在于这项技术带来了——无人机、实景三维建模平台软件、实景三维模型后期建模修模、GIS+上下游产业应用的空间。带来了一大批高薪就业的机会。

整个倾斜摄影的应用可以囊括——无人机、倾斜摄影相机、航拍航线、航飞、空三、建模——面向应用（三维测图、结合3DGIS定制开发应用）等。

倾斜摄影原理示意图1

倾斜摄影原理示意图2

倾斜摄影技术作为数据获取方案，采用倾斜摄影相机（如图所示），拟搭载直升飞机或高空无人机作为飞行平台，进行数据采集工作。

倾斜摄影相机设备相机参数如下：

2软件系统

Smart3D的两大模块：Smart3D主控台与Smart3D引擎端。它们遵循主从模式（Master-Worker）:

Smart3D主控台是Smart3D的主要模块。用户可以通过图形用户界面，向软件定义输入数据，设置处理过程、提交过程任务、监控这些任务的处理过程与处理结果可视化等。Smart3D主控台不会执行处理过程，而是将任务分解为基础作业并其提交给作业队列（Job Queue）。

Smart3D引擎端是Smart3D的工作模块。它在计算机后台运行，无需与用户交互。当Smart3D引擎端空闲时，在等待队列中的任务，主要取决于它的优先级与提交的数据。处理任务包括空中三角测量过程或者三维重建。空中三角测量过程或三维重建采用计算密集型算法，如关键点的提取，自动连接点匹配，集束调整、密度图像匹配、稳健三维重建、无接缝纹理映射、纹理贴图、包装、细节层次生成等。

由于采用了主从模式（Master-Worker），S mart3D支持网

格计算（Grid Computing）。只需在多台计算机上运行多个Smart3D 引擎端，并将它们关联到一个作业队列上，就会大幅降低处理时间

。

Smart3D Capture 计算架构 Smart3D 包括以下工具模块: Smart3D Viewer是免费的轻量可视化模块，它针对Smart3D 原生格式进行了优化，这种格式可以处理多重精细度模型(LOD)、分页(Paging)和数据流（Streaming）,因此TB级的三维数据能够在本地或在线环境下进行顺畅地浏览。可以使用Smart3D Viewer控制模型的生产质量，也可以利用它对最终生产的模型成果进行浏览。

Smart3D Settings管理软件授权许可证、任务路径设置及相关其他软件配置。

Smart3D SceneComposer为Smart3D Viewer修改、配置三维索引文件。

数据运行软硬件支撑平台

3技术路线、流程

3.1总体技术流程

总体技术流程图

3.2倾斜摄影流程

图6 倾斜摄影流程图

3.3实景三维生产流程

实景三维流程图

3.4航测数据处理

3.4.1数据下载

航摄飞行完成，要及时对数据进行下载，原始数据经下载步骤被分离成单独影像数据、位置和姿态数据、飞行信息数据。

3.4.2IMU/GPS数据处理

采用Inertial Explorer软件将同步观测的CORS基站数据采用差分GPS方法对IMU/GPS数据进行联合解算，并填写相应的数据处理检查手簿和飞行数据检查结果分析表。按规范要求平面偏差不大于0.08m、高程偏差不大于0.3m、速度偏差不大于0.4m/s。

3.4.3数据整理

a) 航片编号

航片编号由12位数字构成，采用以航线为单位的流水编号。航片编号自左至右1~4位为摄区代号，5~6位为分区号，7~9位为航线号，10~12位为航片流水号。以飞行方向为编号的增长方向，同一航线内的航片编号不允许重复。当有补飞航线时，补飞航线的航片流水号在原流水号基础上加500。

b）航片整理

以航线为单位，同一条航线的航片统一按正北方向存放在同一个文件夹内，文件夹名称与航线编号一致，分区所有航线影像存于同一以分区号命名的文件夹中。影像文件为JPG格式，文件名称与航片编号一致。

航空摄影数据采用硬盘存储，硬盘包装盒标签的注记内容包括：摄区名称、摄区代号、航摄仪类型及其编号、航摄仪主距、航摄时间、航线数和航片数、航摄面积、地面分辨率、航摄单位、硬盘编号、数据类型、航线号、起止片号。

c) 浏览影像整理

浏览影像应与数字航片一一对应，由高分辨率真彩色影像重采样获得，文件大小为100KB~300KB，其文件命名与其对应的数字航片文件命名一致。

倾斜摄影测量的数据本质上来看是mesh模型，什么是mesh模型呢？mesh模型就是网格面模型，它是点云通过一些算法，比如区域增长法、八叉树算法和波前算法等等构成的。而点云是在同一空间参考系下用来表示目标空间分布和目标表面特性的海量点集合。内业软件基于几何校正，联合平差等处理流程，可计算出基于影像的超高密度点云，如下图：

最后经过纹理映射构建真实三维模型，如下图：

4地理信息系统平台

1)具备同步加载二维地图、实景三维、三维模型、正射影像图

的数据管理能力；

2)具备三维交互浏览、属性查询检索、分析、标注等功能；

3)支持WEB端和移动端开发。

4.1质量控制

4.1.1质量保证体系

1) 实行项目负责制，从技术设计、实施过程中的技术问题处理，到 DEM 采集、DOM 制作、纹理数据采集、模型制作都选定具有丰富实践经验的高级工程师负责，严把质量关。在项目实施过程中