基于无人机倾斜摄影测量技术的三维建模及其精度分析

基于无人机倾斜摄影测量技术的三维建模及其精度分析

容裕君

桂林市国土资源规划测绘院 广西 桂林 541002

摘要：随着技术的不断发展，倾斜摄影测量技术已经成为当前城市测绘行业实景建模的重要技术，有利于测绘人员从不同角度高效获取地面信息，突破传统技术的局限性。本文主要概括无人机倾斜摄影测量技术以及实景三维建模技术，再对三维实景建模精度进行分析，提高测绘行业测绘数据的精确性，促进测绘行业的可持续发展。

关键词：无人机；倾斜摄影测量技术；三维建模；精度分析

随着“数字化城市”的不断发展，城市实景建模技术作为最基础的数据载体，在其中也得到比较快速的发展。但是，在众多三维建模技术的发展过程中，传统的航空摄影测量技术一般仅能获得物体相关的顶面信息以及空间坐标等地面三维数据，难以有效获得具有一定融合度的地面三维信息。需要通过倾斜摄影技术提高获得地面三维信息的效率，通过无人机安装的镜头从多个角度获取地面物体数据，这种技术一般可以高效获取具有较高分辨率的正摄影像，并获得侧面纹理等，通过完整的流程如融合、定位等，加快三维实景建模的速度，确保生成的三维实景模型直观真实，提高无人机倾斜摄影技术采集数据的精确性。

1.无人机倾斜摄影测量技术

1.1无人机遥感技术

无人机一般通过自动化程序和无线电遥控设备对不载人的飞行器进行操控，这种飞行器一般包括飞艇、直升机等，其本身具有多种特点，如：结构较为简单、反应速度快、使用价格较低等特点。无人机遥感一般将无人机作为航空摄影平台，在一定的时间内采集空间遥感信息，全自动化处理采集的数据信息，并用以建模和分析，在当下的测绘行业具有突破传统、较为高效的优势^[1]。

1.2倾斜摄影测量技术

倾斜摄影测量技术一般在同一个平台内安装多个镜头的摄影机，大多数为5个，从不同的角度在同一时间内采集地面物体的相关信息，一般来说，从竖直方向获取的与地面垂直的影像一般称为正片，而与地面成一定角度的其他影像称为斜片。在拍摄相片时，在同一时间段内，一般能够同时获取飞行器的相关参数，包括航速、航高和航向重叠等，连续性拍摄多组影像重叠的影片，以便于相关人员在连续性拍摄的影片上找出同一事物，并选择具有一定清晰度的相片处理其纹理，对建筑物本身的结构进行分析。采集的影像需要经过多个步骤处理，如：几何纠正、区域网联合平差、TIN构建等，从而生成具有一定的直观性的实景三维模型。倾斜摄影测量的影像能够直观反映地面物体的相关信息，还可以通过相关技术将地理信息导入影像中，如：测量定位技术，以便于用户全方位体验遥感技术，突破了传统技术的局限性，扩大了遥感影像的应用范围。

2.无人机倾斜摄影测量三维实景建模技术

2.1航带网法布点

航带网法布点一般采用的方案为六点法，将六个点设置为像控点是最标准的布设方法，被大多数测量人员采用的频率较高。在区域网的规定局限内，图像不能超过16张，除了采取六点法布设平高点，还有五点法、八点法，而其中八点法需要在每个航带面布设8个平高点，这种方案则要求在区域网规定的局限内，图像数量范围在[16,18]幅之间，而五点法大多数应用于航带长度占据最长航带网的60%左右时。在对区域网进行平差时，一旦某像对基线跨入附近控制点连线超过半数时，需要将其看作一个像对^[2]。

2.2 外业控制点的实测

在开展外业控制点的量测工作之前，需要提前做好一系列准备工作，高效获取测量区域的全景影像图，对于布设和测量外业像片控制点具有非常重要的作用。

2.3 多视影像联合平差

为了获取多视影像的同名点，并确保这些同名点的误匹配率在明确规定的范围内，从不同层次、多条件的范围内取得这些同名点，并通过区域网平差技术对加密点数据和影像姿态数据进行计算。倾斜影像整理阶段一般为多视影像联合平差的重要环节，这种多视影像一般为垂直方向的摄影图像，能够有效处理影像中出现的变形和遮挡情况，但传统的方案并不具备这种特点，往往需要先通过SIFT的特征进行算法提取，从而实现影像特征的提取工作。

2.4多视影像密集匹配

在做完上述的工作时，基本上已经采集密集匹配的有关数据，下一步的工作便是开展影像的匹配工作。作为摄影测量的关键环节，影像匹配工作往往无法通过单一元素实现匹配，需要相关人员展开相关研究，基于计算机视觉上的多基元和多视影像密集相匹配的方式完成影像的匹配工作。

2.5生成产品成果

通过多影像密集匹配获得的DSM能够直观展示出需要的相关信息，这种技术一般作为新型空间数据基础设施的关键技术，通过波形处理获得的DSM数据，从而整理得出具有一定真实性的数字表面模型的数据，再通过归一处理、增强处理以生成三维数字模型的初始形态，基于模型编辑软件对这些初始模型进行处理，从而生成较为真实的三维模型，再开展下一步的验收检验工作，输出有着相关信息的数据和文件，从而生成具有真实性、精确性的成果。

3.倾斜摄影测量三维建模精度分析

3.1设备准备工作

倾斜摄影测量工作一般采用的设备为大疆M600pro型号无人机，在无人机安装的相机镜头像素在3000万左右，为了确保飞行的安全性，需要预留一定的飞行高度，航向和旁向的重叠度设为85%和80%。

3.2像控测量工作

在测量区域一般布设125个像控点，彼此之间的间距设为250m，但在实际应用中可用的像控点为75个，其他的像控点往往作为检查点，在实际布设过程中，往往需要注意的是：在区域网进行基础像控点的布设工作，布设顺序一般从外到内，在周围完成布设工作后，再在区域内部进行布设工作，像控点全部布设为平高点^[3]；像控点的布设需要均匀，平均每平方千米的数量不能小于20个，还需要根据村落情况和实际的设计图开展布设工作，每个村落的像控点布设不能少于5个。

3.3数据处理

倾斜无人机系统收集相关影像工作后，为了保证收集影像的质量，需要对其进行相关的检查工作，一般包括影像质量、影像变形和旁向重叠度等，并对存在漏洞的影像进行补飞。此外，为了满足后期模型色调美观方面的需求，通常需要对原始数据进行匀光匀色的处理。将相机获取的数据利用相关程序的处理，包括自动空三处理、密集点云生成处理等，生成的三维模型输出格式为OSGB，通过EPS软件对其进行三维模型量测工作^[4]。

3.4模型精度分析

为了提高倾斜摄影建立三维模型的生成成果的精度，在建立的三维模型上随机抽取具有明显特征的直线距离，如：路灯的高度、马路的宽度等，保证这些采集的数据具有一定的代表性，将在模型上测量的结果与外业测量的数据进行比对，从而得出误差，再进行误差分布统计分析与评定，进行精度评估，确保三维模型成功在平面和高程精度上满足几何精度要求^[5]。

结束语:

综上所述，倾斜摄影测量作为一种全新的技术，能够突破传统航空摄影技术的局限性，从不同角度获取地面物体的相关信息，最大程度避免了正射影像无法提供地面信息的缺陷，再通过其他技术实现基于倾斜摄影技术的三维数据建模，直观展示真实的地面信息，提高倾斜摄影测量的精确性，并促进测绘行业的可持续发展。

参考文献:

[1]闻彩焕,王文栋.基于无人机倾斜摄影测量技术的露天矿生态修复研究[J].煤炭科学技术,2020,48(10):212-217.

[2]王虎,吕伟才,高翔.无人机倾斜摄影实景三维建模及精度评价[J].测绘与空间地理信息,2020,43(08):74-78.

[3]周吕,李青逊,权菲,韦乐勤,廖居群.基于无人机倾斜摄影测量三维建模及精度评价[J].水力发电,2020,46(04):41-45+50.

[4]付博,陈姗,张俊.无人机倾斜摄影测量技术在三维数字城市建模中的应用[J].湖南工业大学学报,2019,33(05):79-83.

[5]曹爽,马剑,马文.基于单镜头无人机倾斜摄影的建筑物三维模型构建[J].桂林理工大学学报,2019,39(03):643-649.