三維城市建模中的無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用

劉顯州

摘 ?要：技術(shù)的發(fā)展不斷推動(dòng)著社會(huì)生活的全方位變革，隨著無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的不斷進(jìn)步，其應(yīng)用的范圍和領(lǐng)域也逐漸擴(kuò)大，在城市實(shí)景的三維建模上，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的作用日益突顯，其在獲取影像的質(zhì)量、效果、速度上都有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用前景十分廣闊?；诖?，本文就其進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹，指出無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，并進(jìn)一步探討無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在三維城市建模中的應(yīng)用路徑，以此為城市的智慧建設(shè)、創(chuàng)新發(fā)展提供有益的借鑒。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)傾斜攝影 ?三維城市 ?無(wú)人機(jī) ?應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：P231 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X（2021）04（b）-0028-03

Application of UAVT Tilt Photography in 3D City Modeling

LIU Xianzhou

（Henan Sida Testing Technology Co.， Ltd.， Xuchang， Henan Province， 461000 ?China）

Abstract： The development of technology constantly promotes the changes in all aspects of social life. With the continuous progress of UAV tilt photography technology， its application scope and field are gradually expanding. In the three-dimensional modeling of urban real scene， the role of UAV tilt photography technology is increasingly prominent， and UAV tilt photography technology has a great influence on the quality， effect and speed of image acquisition Incomparable advantages， the application prospect is very broad. Based on this， this paper briefly introduces the UAV tilt photography technology， points out the application advantages of UAV tilt photography technology， and further discusses the application path of UAV tilt photography technology in three-dimensional city modeling， so as to provide useful reference for the wisdom construction and innovation development of the city.

Key Words： UAV tilt photography; 3D city; UAV; Application

所謂的三維城市建模，就是利用技術(shù)手段將城市地表的景觀、景物進(jìn)行全方位的三維立體化的展示，這種模式下能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)城市信息的全方位、多角度的記錄和展示，在城市的規(guī)劃環(huán)節(jié)、創(chuàng)建環(huán)節(jié)、維護(hù)環(huán)節(jié)，以及應(yīng)急管理環(huán)節(jié)都有著重要的作用，在經(jīng)濟(jì)價(jià)值和實(shí)用價(jià)值上都十分的突出。三維城市建模是事關(guān)城市的發(fā)展與運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，具有重要的發(fā)展價(jià)值和意義。

1 ?無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)基本情況概述

1.1 什么是無(wú)人機(jī)技術(shù)

所謂的無(wú)人機(jī)技術(shù)就是利用無(wú)線電技術(shù)[1]，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)的遠(yuǎn)程遙控，在無(wú)人機(jī)的硬件構(gòu)成上主要有機(jī)翼、機(jī)體及螺旋槳，無(wú)人機(jī)由于操作便捷、速度快、費(fèi)用低，受到人們的青睞，所應(yīng)用的領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛[2]。

1.2 什么是傾斜攝影測(cè)量技術(shù)

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是一種多技術(shù)融合的產(chǎn)物，將定位、攝影等進(jìn)行融合，顛覆了傳統(tǒng)的局限于正面垂直攝影的局限性，通過(guò)將其與其他物體的捆綁，實(shí)現(xiàn)多角度、全方位、準(zhǔn)確快速地捕捉攝影，使用戶(hù)獲得最真實(shí)、立體的觀感體驗(yàn)[3]。這種傾斜攝影測(cè)量技術(shù)由于獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用于三維城市建模中，能夠提升模型的真實(shí)感、體驗(yàn)感，并且能夠有效地節(jié)省成本。

1.3 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)

1.3.1 多視影像聯(lián)合平差

多視影像聯(lián)合平差技術(shù)是無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)中的一種新興的技術(shù)，這種技術(shù)的應(yīng)用能夠提升數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性和靈敏度，并且能夠?qū)⒂跋裰g的遮擋關(guān)系進(jìn)行合理的處理，對(duì)于連接點(diǎn)和連接線的確定也能更加及時(shí)、準(zhǔn)確，大大提升了成像效果的準(zhǔn)確度，使得城市的三維建模的質(zhì)量和效率得以保證。

1.3.2 多視影像密集匹配

多視影像密集匹配技術(shù)的主要應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于能夠使攝影測(cè)量的分辨力得以提升，并且在覆蓋的面積范圍上也能夠顯著的提升。這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用主要是通過(guò)對(duì)坐標(biāo)點(diǎn)位置的確定來(lái)進(jìn)行的，并且在使用的過(guò)程中能夠?qū)Ω黝?lèi)多余的信息進(jìn)行分析研究，通過(guò)建筑物的側(cè)面影像和一些邊緣信息的疊加，進(jìn)一步提升信息的使用效率。將邊緣信息加工成比較完善的二維數(shù)據(jù)，然后進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)槿S數(shù)據(jù)，這樣就能夠獲得建筑物的高度、輪廓等信息，形成了一個(gè)比較全面的數(shù)字表面模型[4]。

1.3.3 模型生成和影像糾正

多視影像密集匹配技術(shù)下生成的數(shù)字表面模型，在實(shí)際的操作中，由于角度、尺度的影響，有時(shí)會(huì)發(fā)生遮擋或陰影等現(xiàn)象，這時(shí)就需要利用影像外的方位元素對(duì)其進(jìn)行完善，使其能夠得到更為精確的三維模型，將高密度數(shù)據(jù)繼續(xù)過(guò)濾處理，并將不同單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合重組，使之成為一個(gè)完整的整體。同時(shí)要注意采用一定的技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)的信息進(jìn)行優(yōu)化處理，保證建模工作的全局性、準(zhǔn)確性，不斷提升城市三維建模工作的質(zhì)量。

1.4 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)

1.4.1 多角度測(cè)量，準(zhǔn)確性高

使用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)時(shí)，操作者能夠根據(jù)實(shí)際的情況進(jìn)行貼近拍攝，并且能夠自由地變換角度，隨意切換機(jī)組，這種多角度的攝影、測(cè)量，使其測(cè)量的結(jié)果更加準(zhǔn)確。并且在多角度的測(cè)量之下，彼此距離較近的影像會(huì)產(chǎn)生重疊，這些重疊的影像能夠進(jìn)一步起到校正的作用，提升了準(zhǔn)確性。

1.4.2 自動(dòng)化程度高

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的整個(gè)過(guò)程完全由計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程地控制，這一過(guò)程減少人為干擾，通過(guò)電腦實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的匹配，有效地提升工作效率。

1.4.3 實(shí)物紋理清晰可見(jiàn)

使用傳統(tǒng)的攝影技術(shù)進(jìn)行拍攝時(shí)，受限于技術(shù)和角度，往往只能獲取實(shí)物頂部的紋理題型，而無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的多角度，能夠?qū)?shí)物的側(cè)面紋理也清晰的展現(xiàn)出來(lái)，這種技術(shù)的作用下，整體的模型更加逼真，使人的真實(shí)感、體驗(yàn)感得以提升。

1.4.4 成本低

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在進(jìn)行信息的采集與建設(shè)過(guò)程中的效率比較高，這種高效的模式之下，能夠在最大程度上減少人員和其他物力的開(kāi)支、使用，并且無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用范圍廣，綜合能力強(qiáng)，因此，在使用的過(guò)程中有效地減少了開(kāi)支。

2 ?無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 方便快速，有效的降低成本

在傳統(tǒng)的三維城市建模過(guò)程中，最常使用的就是測(cè)量建模的方法，首先由外業(yè)人員進(jìn)行手工拍照來(lái)得到相應(yīng)的建筑物的結(jié)構(gòu)和紋理，然后內(nèi)業(yè)的人員進(jìn)行相應(yīng)的處理，使用一些正攝影影像、測(cè)區(qū)的平面矢量圖等數(shù)據(jù)建立起白膜，再將攝影的紋理進(jìn)行進(jìn)一步的分析得到模型的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)，將拍攝的紋理結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理貼到白膜上，整個(gè)過(guò)程工藝復(fù)雜、工作強(qiáng)度大、生產(chǎn)的成本也十分巨大，雖然能夠在精細(xì)度方面有顯著的提升，但是在生產(chǎn)效果上難以保證，所需要的生產(chǎn)、制作的周期比較長(zhǎng)，這種模式之下，難以滿足大范圍、快速建模的需要。

2.2 立體管理，提升服務(wù)的質(zhì)量

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)能夠有效的實(shí)現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實(shí)之間的對(duì)接，實(shí)現(xiàn)將人口、房屋從小到大，從二維到三維的立體管理，這種立體化的模型構(gòu)建能夠有效提升城市管理與運(yùn)營(yíng)的質(zhì)量和效果，同時(shí)，在城市的信息運(yùn)行、凝聚結(jié)合以及融合發(fā)展的能力和水平上也能得到進(jìn)一步的升級(jí)。除了基礎(chǔ)的人口、房屋的基本信息，還能進(jìn)一步將編排信息、管理批復(fù)信息和調(diào)查核實(shí)信息等進(jìn)行統(tǒng)籌安排。

3 ?三維城市建模中的無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用

3.1 三維城市建模中的無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用過(guò)程

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在三維城市建模中的應(yīng)用過(guò)程主要分為3個(gè)主要步驟，第一步，通過(guò)無(wú)人機(jī)對(duì)整體實(shí)現(xiàn)不同角度的攝影測(cè)量，在這之前需要對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、高度等進(jìn)行調(diào)試和確定，對(duì)無(wú)人機(jī)的機(jī)型、大小、電池狀況等準(zhǔn)備工作提前做好，并設(shè)定好相應(yīng)的拍攝航線。第二步，對(duì)采集的圖像進(jìn)行快速處理，并據(jù)此建立起初步的三維模型，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)中的自動(dòng)貼圖功能能夠快速、準(zhǔn)確的完成這一步驟。第三步，對(duì)初步完成的三維模型進(jìn)行準(zhǔn)確地定位和測(cè)量，將模型進(jìn)一步補(bǔ)充完善，最終完成三維城市建模，并且，在這一過(guò)程中要實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)端的同步。

3.2 三維城市建模中的無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用中的問(wèn)題

在實(shí)際的操作過(guò)程中，由于設(shè)備、環(huán)境、數(shù)據(jù)等方面偏差或失誤，可能會(huì)造成一定的應(yīng)用失誤，具體而言，在三維城市的建模過(guò)程中，可能出現(xiàn)失誤的原因有以下幾個(gè)方面。第一，由于無(wú)人機(jī)導(dǎo)致的失誤。這主要體現(xiàn)在無(wú)人機(jī)的運(yùn)行姿態(tài)上，由于無(wú)人機(jī)的運(yùn)行顛簸而導(dǎo)致無(wú)人機(jī)出現(xiàn)影像重疊，僅為使得模型產(chǎn)生破洞或鼓包的現(xiàn)象。第二，由于外界環(huán)境造成的失誤。在大氣環(huán)境中會(huì)存在一定的噪聲，這些噪聲達(dá)到一定的程度就會(huì)導(dǎo)致模型出現(xiàn)凸包、飛面等問(wèn)題。并且由于光照的影響，不同的時(shí)間段，建筑物實(shí)體所呈現(xiàn)的效果不同，于是模型的紋理會(huì)有一些不均勻等方面的問(wèn)題[5]。

3.3 三維城市建模中的無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)化

上述問(wèn)題的產(chǎn)生大都屬于一些不可抗的客觀因素，但是如果不能妥善處理，就會(huì)造成模型的畸變，是三維城市的建模無(wú)法得到標(biāo)準(zhǔn)，一般來(lái)說(shuō)，針對(duì)一些細(xì)節(jié)性的問(wèn)題，例如紋理不均勻，往往采用細(xì)部整修或紋理修補(bǔ)的方式進(jìn)行改善，在后期對(duì)模型中的不均勻的地方進(jìn)行修飾。這種方式往往成效比較低，在確保結(jié)構(gòu)修復(fù)效果的基礎(chǔ)上提升模型紋理提取的效率對(duì)于整體的效率提升具有重要的意義。一般來(lái)說(shuō)，會(huì)使用空三加密?？杖用芫褪歉鶕?jù)控制點(diǎn)的分布情況，使用立體測(cè)圖技術(shù)獲取有效的平面位置和高度，在空三加密的整個(gè)過(guò)程中都需要無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的支持，經(jīng)過(guò)空三加密后的影像能夠得到精準(zhǔn)的定位，使整體建模的準(zhǔn)確性更高，進(jìn)一步提升了三維城市建模的質(zhì)量和效率，使整個(gè)過(guò)程更加高效。在進(jìn)行三維城市建模的過(guò)程中需要一些輔助性的系統(tǒng)，以空三加密為核心的模型輔助系統(tǒng)的能夠通過(guò)同名點(diǎn)搜索、自動(dòng)提取等對(duì)存在問(wèn)題的原始模型進(jìn)行改善，大大提升了效率。在模型的紋理不均勻的處理上，借助加密點(diǎn)和傾斜影像能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)模型紋理的定向進(jìn)而建模，減少了人工的勞動(dòng)，并且通過(guò)對(duì)不同影像進(jìn)行對(duì)比分析和穿刺處理，能夠?qū)⑵渲械淖冃螆D像、問(wèn)題圖像進(jìn)行剔除或修正，先在經(jīng)過(guò)空三加密后的影像上繪制出一定的結(jié)構(gòu)線，然后使用拉伸等方式實(shí)現(xiàn)三維模型的制作。最后通過(guò)自動(dòng)貼圖，將場(chǎng)景應(yīng)用與模型之上，完成整體的三維城市模型。

4 ?三維城市建模中的無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用前景展望

隨著智能化、自動(dòng)化的不斷推進(jìn)，各種新型技術(shù)層出不窮，三維GIS技術(shù)的逐漸成熟更是使三維城市建模技術(shù)的發(fā)展更加未來(lái)可期。三維城市建模的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用前景十分廣泛，在國(guó)土資源的調(diào)查管理、城市交通的調(diào)度安排、城市人口房屋等的管理安排等都能夠見(jiàn)到三維城市建模的身影，在技術(shù)的作用下，大大提升了辦事的效率，節(jié)約了審批的時(shí)間，使市民的城市生活更加的便捷[6]。從二維到三維，再?gòu)娜S到實(shí)時(shí)的多維是技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，這種實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)表現(xiàn)形式能夠進(jìn)一步將現(xiàn)實(shí)的建筑物全面、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)中，在未來(lái)的發(fā)展中實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、多維是其發(fā)展方向，這種模式能夠使得無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在地理信息的展示方面的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮的更加淋漓盡致，不僅提升測(cè)量的效率，而且能夠提升信息利用率，在未來(lái)的發(fā)展中，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在三維城市建模中的應(yīng)用范圍必將更加廣闊，進(jìn)而發(fā)揮出更大的價(jià)值。

5 ?結(jié)語(yǔ)

三維城市建模中的無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用提升了建模的速度，節(jié)省了建模的時(shí)間，提升了建模的效率，具有極高的應(yīng)用價(jià)值。然而，目前無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在三維城市建模中的應(yīng)用也存在著技術(shù)尚不完善，水平有待提高等問(wèn)題，這些問(wèn)題使得無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)優(yōu)勢(shì)沒(méi)有得到充分地發(fā)揮。在未來(lái)的發(fā)展中，要從細(xì)節(jié)入手，對(duì)技術(shù)進(jìn)行不斷地完善，提升無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力，提高無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的精準(zhǔn)度，使其在三維城市建模中發(fā)揮更大的作用，更好的完成相應(yīng)的任務(wù)，使技術(shù)的發(fā)展成為造福百姓的工具，提升無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的質(zhì)量和效果，拓展應(yīng)用的領(lǐng)域，使其發(fā)揮出更大的價(jià)值和更強(qiáng)的作用。

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