傾斜攝影測量的三維建模技術(shù)及運用分析

文/王世倫 中國電建市政建設集團有限公司 天津 300384

無人機攝影測量在具體作業(yè)過程中具有高效快捷、靈活程度高、成本低等多項特點，這在一定高程度上促進了我國傾斜攝影測量技術(shù)的發(fā)展腳步，同時，也是該項技術(shù)在具體應用中的效果得到了進一步提高。傾斜攝影測量技術(shù)的出現(xiàn)，使人工建模作業(yè)中存在的弊端得到了解決。通過對自動化數(shù)據(jù)處理措施的應用，加快了精細三維模型的生成速度。

1、傾斜攝影技術(shù)特點分析

傾斜攝影技術(shù)的特點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）能夠真實反映地物周邊的實際情況

傾斜攝影技術(shù)與正攝影技術(shù)相比，其能夠使用戶通過不同角度對地物進行觀察，從而能夠更加真實、準確的反映地物的具體情況，這在一定程度上使正攝影技術(shù)在具體應用期間存在的各種不足得到了彌補[1]。

（2）可以實現(xiàn)單次影像測量作業(yè)

在進行傾斜攝像時，通過對不同軟件的配套應用，在具體作業(yè)期間，通過對成果影像進行應用的基礎上，完成對面積、角度、高度、坡度等各項內(nèi)容準確測量，從而使傾斜攝影技術(shù)在行業(yè)中的應用空間可以得到進一步拓展，使其作用能夠得到更好的發(fā)揮。

（3）采集建筑物側(cè)面紋理

通過對航空攝影大規(guī)模成圖特點的合理應用，同時，在該基礎上，從傾斜影像批量提取，以及貼圖處理方式，能夠降低城市三維建模的具體成本。也正因為傾斜攝影技術(shù)具以上特點，從而使該項技術(shù)的應用越來越廣泛[2]。

2、傾斜攝影測量是三維建模期間獲取數(shù)據(jù)的關(guān)鍵流程

傾斜攝影測量主要有地面飛控系統(tǒng)、無人機、控制測量共同構(gòu)成。飛控部分在具體作業(yè)過程中核心作用就是對無人機的飛行航線、高度等各項內(nèi)容進行規(guī)劃，同時，還要做好對無人飛機進行監(jiān)視控制，同時，還要做好數(shù)據(jù)通信等多項工作。通過對無人飛機進行分析可以發(fā)現(xiàn)，其主要由機載定位系統(tǒng)，以及多視相機構(gòu)成，控制測量主要集中在航測區(qū)域的控制網(wǎng)設計，以及像控點的測量上[3]。利用無人機進行航拍前，應當提前對對施工現(xiàn)場進行勘察。

（1）依據(jù)現(xiàn)存的GPS控制點位，完成對布設像控點進行合理布置，像控點位置和數(shù)量要依據(jù)實際測量過程的具體要求的測區(qū)范圍，以及精度情況，完成相應的布設，確保具體布設內(nèi)容的合理性。

（2）依據(jù)申請的范圍和空間區(qū)域，對無人飛機的具體的飛行航線進行合理規(guī)劃，確保實際作業(yè)期間的影像的旁向重疊、航向重疊、分辨率等各項內(nèi)容都符合實際作業(yè)要求。設計航線時，通常在旁向的重疊度約為30%，航向重疊度約為66%。針對模型的自動生成，對于航向重疊和旁向重疊的要求都較高。

（3）在已知高精度點為基準，進行基站加設，開機應當在無人機起飛的規(guī)定時間內(nèi)進行，同時，也要設置后無人機的降落時間，通過合理的設計，確保無人機起飛和降落的合理性。實際測量作業(yè)時，要對天線的具體高度進行準確測量，同時要對基站的實際開機時間進行精準記錄，并且要測量像控點。

（4）進行無人機組裝，同時要對無人機中應用的相機的具體參數(shù)進行合理設置，通過對無人機控制飛行，完成相應的航拍作業(yè)，當無人機飛行結(jié)束后，要對無人機的數(shù)據(jù)，以及基站中具體數(shù)據(jù)內(nèi)容進行拷貝存儲。

獲取的影像數(shù)據(jù)，與最終獲取的數(shù)據(jù)會受到相機鏡頭畸變的影響產(chǎn)生有一定誤差，以及無人機在飛行期間自然環(huán)境影響，這可能會導致最終的測量結(jié)果會出現(xiàn)一定誤差，影響測量結(jié)果的準確性。因此，在具體作業(yè)過程中，如果相應的工作人員沒有采取合理的方式對原始影像進行預先處理，這將會對后期的成像成果的質(zhì)量和精度造成產(chǎn)生不良影響。對于影像數(shù)據(jù)的后續(xù)處理應在依據(jù)攝影測量、計算機視覺等相關(guān)算法的基礎上進行，在對數(shù)據(jù)進行處理過程中，不需要通過人工的方式對數(shù)據(jù)處理進行干預。通過對 AgisoftPhotoscan、Smart3D capture 等不同類型軟件的應用，利用地面提前做好控制點的基礎上，完成多視角三維重建，完成對三維場景的還原。同時，通過對相關(guān)處理軟件的應用，可以完成對三維模型面積、長度、高度等各項內(nèi)容的準確測量。

3、傾斜攝影測量三維建模期間處理數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 密集匹配和空三解算

傾斜攝像測量過程中，將處理影像的數(shù)據(jù)導入，同時，在該過程中可以進行POS 數(shù)據(jù)添加，完成對多視影像的合理匹配，通過對POS 數(shù)據(jù)的應用，能夠獲取到原始影響外范圍元素的粗略值，然后采取相應的算法進行應用，將一些容易出現(xiàn)失誤的匹配點剔除，然后重新匹配，保證最終匹配結(jié)果的精準性與合理性。

空三解算指的是影像間精確幾個拓撲關(guān)系重建的具體過程。依據(jù)地面布設像控點，將共線方程最為基礎，采取光束法區(qū)域網(wǎng)平差。

3.2 并行計算多節(jié)點

所謂并行計算，就是將對計算任務進行適當分解程多個并行子任務，然后將各項子任務都分配給并行處理計算節(jié)點上，通過對節(jié)點上的處理器的應用，使處理器可以相互協(xié)同，從而完成對并行子任務解算，加快計算速率。并行計算系統(tǒng)由以下三部分構(gòu)成，分別為并行機、并行算法、并行編程。并行機是并行計算的基礎。利用網(wǎng)絡將并行機串聯(lián)起來，在并行機上實現(xiàn)對影像數(shù)據(jù)的同步、訪問、共享，并行算法通過并行編程環(huán)境，完成編制程序并行計算，從而獲取到最終的計算結(jié)果。

在實際作業(yè)過程中，影像數(shù)據(jù)密集匹配和控三解算可以在任何一臺并行機上完成。在構(gòu)建模型期間，可以將模型分為多個瓦塊。通過對并行算法和程序的應用，通過對維互聯(lián)網(wǎng)的應用，完成相應的串聯(lián)，進而通過對并行機的應用，并行計算瓦塊。通過并行計算，可以大幅度提升三維模型的計算，以及生產(chǎn)速度，同時也有效的降低了三維模型地基計算機中各項硬件在實際配置方面的需求。

3.3 LOD可視化分析

傾斜攝影測量是一項復雜工作，該項工作的具體開展，需要CPU 和GPU兩者相互協(xié)調(diào)完成，在實際分析中，模型繪制、紋理映射、場景渲染等各項工作開展都要通過對GPU的效率和性能完成。GPU本身具有小緩存多核、快速高效并行計算能力，因此，為了更好地使用GPU數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使GPU的高效渲染和處理能力得到充分發(fā)揮，避免實際作業(yè)期間，帶寬和硬件數(shù)據(jù)發(fā)生沖突。

在LOD可視化分析期間，可以將傾斜攝影測量作業(yè)最終生產(chǎn)的模型數(shù)據(jù)分塊分級處理，針對形成的瓦塊數(shù)據(jù)，可以構(gòu)建成八叉樹或四叉樹的空間索引模型，通過對該模型的應用，使各項數(shù)據(jù)內(nèi)容讀取效率能夠得到進一步提升，通過該方式，有效減少，數(shù)據(jù)I/O 操作，提高對各項數(shù)據(jù)內(nèi)容地調(diào)度和繪制。

結(jié)語：

傾斜攝影測量三維建模期間處理數(shù)據(jù)時，應當從密集匹配和空三解算、并行計算多節(jié)點、LOD的可視化分析結(jié)構(gòu)方面入手，完成相應的分析工作，保證數(shù)據(jù)處理的合理性，確保最終三維建模工作的順利進行，促及三維建模在各個領(lǐng)域發(fā)揮作用。