无人机倾斜摄影测量技术的三维建模与精度分析

发布时间：2020-09-16 15:14所属平台：学报论文发表咨询网浏览： 次

摘要：倾斜摄影测量技术是当今信息时代的重要产物，由于其精度和效率较高，被广泛应用在多个领域的测量工作中。相较于传统测量技术的不同，倾斜摄影测量主要就是在无人机设备上安装数据采集摄像头及探测传感器，对外形复杂的目标进行外观扫描及数据信息采集

　　摘要：倾斜摄影测量技术是当今信息时代的重要产物，由于其精度和效率较高，被广泛应用在多个领域的测量工作中。相较于传统测量技术的不同，倾斜摄影测量主要就是在无人机设备上安装数据采集摄像头及探测传感器，对外形复杂的目标进行外观扫描及数据信息采集分析。但随着无人机技术的发展与信息技术的进步，使得无人机遥感技术与前倾斜摄影测量技术可以更完美的结合并应付更复杂的情况，使应用范围更大，对复杂情况的适应能力更强，在测量精准度方面提升效果非常明显。本文就无人机倾斜摄影测量技术的三维建模与精度展开探讨。

　　关键词:无人机;倾斜摄影测;实景三维

　　引言

　　倾斜摄影测量技术是当今信息时代的重要产物，由于其精度和效率较高，被广泛应用在多个领域的测量工作中。相对于传统的测量技术，倾斜摄影测量主要是在飞行器上安装多个传感器，以实现不同维度的实物坐标信息采集和处理。随着科学技术的不断完善，当前倾斜摄影测量技术逐渐朝着无人机的方向发展，使其应用的范围更大，对于一些复杂地区的测量，可以实现精准度更高的测量，降低了人工测量的危险性，同时在精准度方面也得到了很大程度的提升。

　　1无人机倾斜摄影测量技术

　　1.1无人机遥感技术

　　无人机是通过无线电遥控设备或自动化程序进行操控的不载人飞行器，包括多旋翼、固定翼、飞艇、直升机等机种，其具有机动灵活、结构简单、使用成本低、快速响应等特点。无人机遥感是以无人机作为航空摄影平台，在快速获取空间遥感信息的同时，还能对遥感数据进行全自动化的处理、建模和应用分析，在当今测绘领域有着无可比拟的应用优势。

　　1.2倾斜摄影测量技术

　　倾斜摄影测量技术利用装有多镜头高清相机的飞行设备对测量区域的各个摄点从5个方向(垂直、前视、后视、左视、右视)进行影像研究，并生成三维实景模型，能够直观的对拍摄目标的平面位置、外形状态、立面、侧面、横断面、地形起伏等进行详细描述及研究，大大提高了传统摄影测量的丰富性。倾斜摄影测量的影像数据可以比较直观的呈现测量目标的外表实际情况，还能够与GPS定位技术灵活结合使用，将所测量项目的地理及属性信息在影像中进行标注体现，给用户更丰富的使用体验，使该技术的应用范围更加广泛。

　　2无人机倾斜摄影测量的特点

　　2.1精度较高

　　无人机倾斜摄影测量技术可以获取高精度的实物坐标信息，并且获取影像的分辨率较高，可以更好地为后续工作提供指导，有效减轻了工作人员的工作压力。

　　2.2反映地物实际情况并且能对地物进行量测

　　通过无人机倾斜摄影测量技术进行测量作业可以得到目标外观的三维数据信息，这些三维数据能够更真实的反映目标，与传统制作的模型相比较真实感更高。

　　2.3真实性高

　　无人机倾斜摄影测量技术可以更加真实地反映实物周边的地质结构等相关信息，有效弥补了传统摄影测量技术中正射影像所存在的不足之处。

　　2.4效率高、成本低

　　无人机倾斜摄影测量技术能够在作业中快速自动化的进行三维建模，大大缩减工作周期，提高建模效率，有效降低成本。

　　3基于无人机倾斜摄影测量技术的三维建模方法研究

　　3.1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。

　　3.2倾斜影像采集

　　作业前了解分析天气状况，避开降水大风天气，选择恰当时间检查好设备，按照预设航线进行航摄操作，尽量保证航摄任务在同一气象条件下完成。

　　3.3倾斜影像处理

　　对采集到的影像进行格式转换、光学畸变纠正、像片色彩均衡、区域网联合平差、倾斜影像匹配，通过处理得到最终的航摄成果，为后续的数字产品制作奠定基础。

　　3.4三维建模实践分析

　　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。

　　3.5空三精度验证

　　按照“先整体后局部，先控制后碎步”的原则，本文采用基于城市CORS系统，通过部分野外控制点的布设方案，在整个测区通过间隔150-200M尽量在地面空旷无遮挡的道路交叉点、斑马线或者井盖布设控制点。同时为了确保高程精度满足需求，在有条件的建筑物房顶均匀少量控制点，确保控制点分布在不同的高程面上，以使布设稳定、有效地控制网。利用倾斜无人机系统获取影像数据与影像对应的姿态数据结合少量外业控制点，通过整体光束法区域网平差技术获取高精度的影像定位定向数据与加密点的三维坐标信息，减少野外工作测量、提高作业效率。

　　3.6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。

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　　结语

　　与传统三维建模方法相比，无人机倾斜摄影测量技术在高清晰度像片自动匹配建模技术上，改变了常规模式带来的许多弊端，实现了快速、自动并一体化地构建城市三维模型，大大降低了建模的成本，显著提高了生产效率，应用优势明显，该方法适合大范围三维模型的构建。通过应用，发现在树林或高大建筑物集中地区，无人机倾斜摄影容易受到遮挡，这时还需通过常规技术手段来补充信息，所以该技术方案还需在进行开展的三维城市建模生产项目中不断改进和完善。

　　参考文献

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　　[5]尹璐璐.无人机倾斜摄影测量在城市三维建模中的应用[J].山西建筑,2018,44(34):207-208.

　　作者：刘琪 黄毓翥

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