倾斜摄影测量技术在数字城市三维建模中的应用

倾斜摄影测量技术在数字城市三维建模中的应用

刘云

金昌市国土资源勘测规划院甘肃金昌737100

摘要：现代化建设下，我国城市建设也朝着数字化、智能化的方向发展，特别是在城市规划建设中，摄影测量技术的应用。相对于传统摄影测量来说,无人机倾斜摄影测量具有生产成本低,快速生成二维、三维模型,并且适用范围广的优点,尤其在城市密集区域,是城市三维建模的有效技术手段。文章主要以此为基础对倾斜摄影测量技术在数字城市三维建模中的应用进行分析。

关键词：倾斜测量；三维建模；测量技术；数字城市

引言

数字城市是借助计算机技术、多媒体技术以及大规模储存技术,通过宽带网络来练习,并应用GPS、地理信息系统等多种技术,来将城市进行多种类、多尺度、多分辨率的三维描述,借助先进的技术通过网络数字化来展现城市的过去、现在以及将来的发展内容。倾斜摄影测量技术能够在三维数字城市建模过程中提供诸多帮助,为建设更加科学的城市模型提供支持。

1相关概述

1.1三维建模技术现状分析

按照目前建模所实施的技术方式和展现方式,可以将其分类三类:模拟建模、半模拟建模以及测量建模。现阶段,我国采用更多的方式为测量建模,其主要是通过航空摄影测量的手段来进行,但因为其拍摄角度有所限定,并不能获得大量的信息,所以只能通过航空摄影测量技术来获知地物的空间位置信息及顶面纹理信息,侧面纹理信息只能采用其他方式。因为通过影像来获得相关数据本身就具有局限性,其获取的手段和时间不同,所以目前三维城市的建模存在生产成本高、工作强度大、工艺复杂且模型的具体效果不确定等问题,不利于地理信息平台往三维方向发展,会对其造成很大的影响。

1.2倾斜摄影技术

近几年，该技术早已风靡海内外，一些发达国家在该项技术的建树上可谓完美，我国是近两年才引进该技术，虽然与国外一些发达国家相比较还有很大差距，但是在一些关键部分已经取得重要突破。它不但推翻了之前正射影只可以从垂直方向进行拍摄的这个局限性，并且还通过一些高科技传感器在各个角度可以采集高分辨率的影像。此项技术既可以将地理的全部情况映射出来，还能够利用一些新的定位技术，我们可以简单地输入地理信息和影像信息来感受到高端用户的体验感，同时也大大提高了航空摄影影像处理上的速度问题。该项技术首先可以全方位体现出地表事物的具体现状，其次通过应用一些高新技术，来获取精准的地理信息。除此之外，还极大程度提升了遥感的适用领域，可以将遥感技术全面应用在该项技术中。值得一提的还有倾斜的摄影影像系统主要包含了5个相机的角度，有一个角度是用来获取在底部区域范围的影像的，其余的4个相机角度都是在同一时间用来获取东西南北4个方位的倾斜影像的。这个系统有几个特点：第一点，可以做到通过单张影像量测来通过一些配套软件的应用，可以直接在成果上对高度、长度、面积等方面的一些测量，并将该项技术在行业领域中的应用范围完全展开。第二点，可以对地表事物周边的一些真实发生的情况如数反映到相对应的正射影像上，如此一来，能够真正实现，在该项技术的应用下，用户从全方位观察地表事物条件，将各种真实情况全部反映出来。正是可以弥补一些正射影像应用的不足之处。第三点，在建筑物的侧面纹理中能够采集到一些针对数字城市应用的，再利用上航空摄影的特点，和对该项技术的应用，可以大部分获得提取信息，如此便可以极大程度地减小城市三维建模的经济成本。最后，由于该项技术可以得到影像数据，并能够展现出所有细节部分。除此之外，用户还能从不同角度上去浏览视图，也可以共享一些信息。就从一些相关的细节上来看，倾斜摄影还是有非常大的优势的。而这些优势便能使这个系统在数字城市三维建模当中得以广泛应用。可以通过网络发布，运用共享手法来进行分享。通过倾斜摄影技术获取的影像，与不同拍摄角度对比能展示更多的细节，用户可以从不同的角度浏览视图，并且找到相关的细节等。倾斜摄影测量的优势可在数字城市三维建模中得到更好的应用。

2数字城市三维建模

2.1数据的获取与处理

首先结合实际需求对测区航线进行有效的设计，设计完成之后利用搭载倾斜摄影技术的飞行器进行航摄，航摄时间与所须获取的影像信息数据根据具体需求而定。外业飞行完成之后，利用LeicaFramePro软件对数据格式进行一定程度的转化，转化而成之后的数据主要包含有曝光点数据、影像号文件、初始相机文件、原始POS数据等。然后在此基础上对POS数据进行有效的融合解算，进而获得高精度的.sol文件，最后将获得的.sol文件、不同视角之下的Event数据以及phoneID文件进行有机的融合分析，并对其进行一定程度的相机检校处理，进而输出外方位元素，为后期的三维建模提供准确且有效的数据依据。

2.2空中三角测量

即利用少数的控制点，通过共线方程对同名点的坐标、影像的外方位元素等进行求解，用于校正影像模型的空间方位。为了将匹配后的影像校正到统一参考空间下，必须基于空中三角测量结果的坐标点，对形成的影像模型进行相关的数据处理。目前无人机倾斜摄影测量内业数据处理一般采用光束法区域网联合平差，以共线方程为平差基础数学模型，以相邻影像同名点对相交且坐标一致、外业控制点与影像上对应控制点一一对应且坐标一致为平差条件，解算出每幅影像的外方位元素。

2.3倾斜实景三维mesh模型数据生产

三维建模采用国内主流的倾斜摄影自动建模系统进行真三维模型的制作，该系统是基于摄影测量原理与计算机视觉技术，对大重叠度的倾斜影像进行空三加密、密集匹配等过程，最终生成真三维模型。整个过程无需人工干预，具有快速、简单、全自动等特点，广泛的数据源兼容性和多种数据输出格式使其优势明显。在模型成果中的全部建筑物空间关系以及纹理，务必应用分层显示技术，据统计可知，分层可以达到25层以上，这样一来可以确保所有配置的计算机都可以很清晰地展示地物模型，将建筑物的所有细节全部表达出来。

2.4密集匹配和三角网构建

通过影像匹配和空中三角测量，形成了基于正确空间方位的影像模型。为了进一步构建三角网，必须通过密集匹配，获取影像模型中的密集点云，而由于多视角影像的特征，对于单幅影像来说，形成的密集点云会产生更丰富的点云信息，且具有较多的重叠信息，可以用来对匹配信息进行校正，提高点云数据的精度，并且重叠信息的存在降低了三维模型构建盲区的出现概率。根据已有的密集点云，构建不规则三角网（TIN），点云重叠信息的多少决定了所构建三角网的复杂程度，重叠度越高，三角网越复杂密集；而地物、地貌的复杂程度越高，三角网的复杂程度也越高。

3.5三维模型单体化制作

三维精细化建模以自动化生成的格网模型为基础，对三维场景内的建筑模型、地形模型、道路桥梁模型、交通附属模型、植被水系模型等进行二次加工，使模型单体化独立化，以便后期应用扩展；同时对模型进行精细化编辑，消除格网模型产生的拉花、变形、扭曲及遮挡，使三维模型的效果得到大幅度提升。

结语

总而言之,通过对倾斜摄影测量技术的分析,了解到其中的优势,并考虑三维数字城市建模的需求,认为将倾斜摄影测量技术应用于三维数字城市建模中,可以对其建模的成果提供保障,并且减少生产中的经济成本,获得更多的信息和数据,提高建模的生产质量,但倾斜摄影测量技术并非只能用于一种途径,还可以广泛应用于各个行业,值得深入研究和分析。

参考文献

[1]李镇洲,张学之.基于倾斜摄影测量技术快速建立城市3维模型研究[J].测绘与空间地理信息,2012,35(4):117-119.

[2]周杰.倾斜摄影测量在实景三维建模中的关键技术研究[D].昆明:昆明理工大学,2017.

[3]柳静.无人机倾斜摄影测量三维模型绘制大比例尺地形图精度研究[D].西安:西安科技大学,2018.