基于倾斜摄影的黄山市不动产三维建模技术的研究

陶 然

(安徽省第一测绘院，安徽 合肥 230000)

1 引言

倾斜摄影技术是国际摄影测量领域近十几年发展起来的一项高新技术，与传统正射影像技术相比，倾斜摄影技术可以在低空中以多个不同角度同时对地面进行航空摄影测量并获得较高分辨率的立体影像数据，自动制作生成三维地理信息模型，从而快速获取地理信息数据。

本项目是基于无人机倾斜摄影方法并且结合利用倾斜摄影实景三维建模软件，研究构建适应黄山市特色的三维不动产权籍测绘生产体系，形象展示土地及地上建筑物、构筑物等空间位置及当前属性状态，全面辅助不动产统一登记工作的快速推进，为“智慧黄山”的建设提供产品，实现三维城市数据的动态更新机制，为城市的发展提供源源不断的数据资源。

2 倾斜摄影实景三维建模软件

倾斜摄影实景三维建模软件ContextCapture是Bentley公司于2015年收购法国的Acute3D公司的产品，它能够提供城市三维制图高级解决方案。该软件无论输入还是输出都支持多种数据格式，创建出的三维模型数据量小但是十分真实并有足够的细节，同时具有精确的地理位置信息。它同时支持多任务并行处理，集群式联机计算，可以大大提高应用效率。

3 实验区概况

本项目选择我国著名风景名胜地黄山屯溪区作为项目实验区域，进行0.05 m分辨率倾斜航空摄影和三维模型建设，整个测区范围共为83.78 km2，其中需要进行倾斜摄影航飞范围为56.19 km2，数据处理和三维建模范围为整个测区，即83.78 km2。

测区内居民地比较集中，基本为街区式、徽派建筑，郊区农村居民多为散列式房屋。测区内主要风景名胜建筑有屯溪老街、花山、小龙山寺、仙人洞等，由于测区位于风景区内部，除了主要建筑物之外，其他地物地貌为林地和道路。该地区地处中亚热带北缘，气候温和、四季分明、雨量充沛，年平均气温16.3 ℃，无霜期237 d，年降水量1 670 mm。

4 主要生产工艺流程

首先根据测区范围内的基础控制成果资料和1∶10000基础地理信息数据等已有资料进行分析，制定航空影像获取计划，获取黄山市屯溪区倾斜航空影像。在倾斜航空影像的基础上，进行像片控制测量；利用像片控制点测量成果，进行全数字空中三角测量；基于五个视角倾斜影像及相应的空三加密成果，利用三维建模软件，完成测区三维实景模型成果的生产。

4.1 倾斜航空摄影

根据已有资料进行分析，制定航空影像获取计划。对航空影像获取区域进行实地踏勘，选定起飞降落场地，设计航飞路线。起飞前必须对无人机的各项系统进行检查，按照飞行前检查表逐项检查，填写飞行前相机曝光检查表和飞行记录表。无人机机载多角度倾斜摄影系统实施航空倾斜摄影，获取原始影像及POS数据。

4.2 实景三维建模

4.2.1 像片控制测量

像控点及精度检验点的施测优先采用动态网络RTK方法，也可利用AHCORS系统，采用RTK测量或双频接收机双参考站模式按快速静态方式施测。

4.2.2 全数字空中三角测量

将下视影像外方位元素、五个相机之间的相对位置关系描述文件、五个视角倾斜影像以及野外像片控制点成果导入倾斜摄影实景三维建模软件ContextCapture，采用光束法区域平差空三测量，支持同时导入垂直影像和倾斜影像进行空三计算，经多次处理后得到每张航空像片的精确外方位元素。

4.2.3 三维建模

(1)工艺流程。基于五个视角倾斜影像及相应的空三加密成果，在倾斜摄影实景三维建模软件ContextCapture中经测区分块、像对筛选、点云计算、点云构网、白体三维模型创建、自助纹理映射、漏洞修复以及元数据制作等操作，完成测区三维实景模型成果的生产，其工艺流程图如图1所示。

图1 三维建模工艺流程图

(2)实景三维软件快速建模。在野外利用无人机采集完实验区的相片后，需要利用影像数据构建三维模型，本文采用倾斜摄影实景三维建模软件ContextCapture进行处理。

首先将采集到的足够重叠度的影像数据和定位POS数据导入到软件中进行空三加密，软件会自动提取每张采集到的影像中的特征点，并对不同影像中同名特征点进行匹配，恢复影像的空间位置和姿态，生成高密度点云数据。然后在点云的基础上构建地物TIN模型，再根据TIN模型形状及位置进行模型自动纹理映射，最后进一步对模型进行整饰、编辑、质量检查，得到具有高逼真的三维实景模型。图2为利用倾斜摄影技术经自动纹理映射后得到的三维实景模型。

图2 倾斜实景三维模型

5 结论

采用无人机倾斜摄影技术和倾斜摄影实景三维建模软件ContextCapture相结合构建城市实景三维模型的方法在实际工程项目中进行了验证。结果表明该三维模型有完整的结构、真实的纹理，细节处理非常到位，很好地展现了黄山市屯溪区的地域特征和建筑风格。当然，在自动建模完成后由于一些建筑物本身结构的复杂性，会存在部分失真情况，可以使用DP-Modeler对这些部分瑕疵进行精修。这种方法只适用于一些特殊建筑物的建模，不适合大范围城市建模，对于一些复杂建筑的建模还需要人工干预，因此如何提高复杂建筑群细节部分的自动建模将是下一步研究的重点。