试析无人机倾斜摄影技术支持下的三维实景建模——以黄山市屯溪区为例

汪本荣

（安徽省第三测绘院，合肥230601）

1 无人机倾斜摄影技术概述

对无人机倾斜摄影技术的原理与特点进行梳理，有助于观测人员从整体层面出发，把握相关技术应用流程，细化三维实景建模的技术要求，进而为无人机倾斜摄影技术的应用以及三维实景建模工作的开展提供方向性引导。

1.1 无人机倾斜摄影技术

无人机倾斜摄影技术涵盖了飞行器、地面操控系统等组成部分，通过通信系统、定位系统、动力系统的有效配合，无人机倾斜摄影形成了自身独特的技术优势。其操作灵活，对起飞环境要求较低，因此，具有较强的实用性，可以满足不同场景下的使用需求。无人机倾斜摄影技术的这些特性使其在观测地理信息领域得到了广泛的应用[1]。在倾斜摄影环节，为了保证倾斜摄影的质量，实现地理信息的准确、快速获取，往往需要倾斜摄影传感器的广泛参与，具体来看，倾斜摄影传感器由多个镜头组成，镜头之间可以根据测量需求，进行优化组合，实现了同一曝光点上，同一观测对象不同角度影像的获取，在完成影像数据的获取后，可以在短时间内进行数据的快速传输。在无人机倾斜摄影技术框架下，实现对观测对象正射映像的快速获取，加之多台摄像头的参与，实现了对正射影像的补充，真实地反映出观测对象的相关情况，实现了观测结果的全面性。与GIS 技术相比，无人机倾斜摄影技术获取数据的体量相对较小，传输周期短，传输难度小，传输成本低，这些技术特点，提升了无人机倾斜摄影的实用性。

1.2 三维实景建模

三维实景建模是通过借助数码相机提供的多角度连续拍摄影像，借助于后期拼接技术，进行影像的系统化、完整性呈现。作为一种三维虚拟展示体系，可以通过相关技术操作，完成影像的放大、缩小以及移动，从宏观、微观层面，对观测对象进行呈现。除了上述特性，借助于一定的技术手段，三维实景建模还可以将图像资料与热点链接、导航定位等衔接起来，形成一种多维度的观测视角，从而给用户更为直观的使用体验。三维实景建模的优势，使其被广泛应用于旅游景点导游等产业部门，伴随着实践经验的逐步积累，三维实景建模的应用范围逐步延伸，逐步成为区域地理信息成果展示的重要平台。

2 摄影数据获取与三维实景建模方法

为保证无人机倾斜摄影技术的合理使用，为三维实景建模提供必要的数据信息支撑，观测人员在实践环节，应立足于无人机倾斜摄影的技术原理，扎实地做好技术优化与应用，确保区域范围内地理信息的有效收集与获取。

2.1 无人机倾斜摄影数据获取方法

无人机倾斜摄影数据获取环节，出于影像资料获取的考量，观测人员应着眼于实际，在科学性原则、实用性原则的引导下，做好无人机参数的获取、调试工作。具体来看，在实际操作环节，工作人员需要通过各类方式，提前进入观测区域，了解区域范围内地形、地质、气候情况，在此基础上，选择无人机镜头的数量、镜头角度，优化定位系统、传感器，通过上述工作，在保证无人机倾斜摄影数据获取精度以及广泛性的同时，提升无人机的可操控性，降低整体操作难度[2]。除了进行上述设备参数的调试，为保证无人机倾斜摄影数据的有效获取，还需要根据观测区域的实际情况，科学判定外业观测点设置的位置，明确无人机观测的路径，通过这种方式，实现了测量精度的有效控制，为后续相关建模工作的开展提供了便利。

现阶段，在使用无人机倾斜摄影技术的过程中，往往使用空中三角测量法，作为倾斜摄影的关键构成，空中三角测量法在无人机倾斜影像获取的有效性以及准确性等方面发挥着关键性作用。在实际操作环节，观测人员通过GPS 定位系统，对观测点进行评估，并完成加密处理，无人机倾斜摄影使用的摄像头较多，因此，与传统的摄影技术相比，数据处理体量更为庞杂，难度更高，在使用空中三角测量的过程中，观测人员应采取联合平差处理，将观测对象的正射影像与多个倾斜影像衔接起来，避免遮蔽情况的情况出现，实现观测对象各类数据信息的系统化呈现。

2.2 三维实景建模基本途径

三维实景建模可以划分为2 大部分，观测人员依托于无人机倾斜摄影技术，扎实做好影像数据的获取以及处理工作。在这一环节，观测人员对无人机倾斜摄影技术中获取的观测对象的正射影像以及其他倾角影像资料进行整合，并对无人机运行过程中使用的POS 数据进行汇总，通过上述方式，推动了三维实景建模准备工作的顺利开展。在建模环节，观测人员通过操作系统软件，将影像资料导入到软件中，并将无人机倾斜摄影中使用的传感器参数进行录入，通过录入相关参数，对影像进行二次校对，进而保证了三维实景建模的准确性。除了采取二次校对的方式之外，观测人员在建模环节，还有必要做好空间关系的检查，通过系统性的检查，判定无人机倾斜摄影过程中，像控点设置位置与实际布设之间有无差异，一旦发现布控不一致的情况出现，应做好反馈工作，采取有效措施进行应对，避免对三维实景建模工作产生妨害作用。在提交、计算三维实景模型的过程中，观测人员需要合理选择模型的呈现方式，如三维模型、正射影像图、可修饰三维模型，满足不同的使用需求，具体的观测数据输出类型，要求观测人员根据实际情况，进行针对性地选择。

3 无人机倾斜摄影技术支持下三维实景建模案例分析

考虑到现阶段无人机倾斜摄影技术应用经验较少的实际情况，在完成对无人机倾斜摄影数据获取以及三维建模方法探讨的基础上，出于总结经验，理顺工作思路的考量，本文将黄山区屯溪区三维实景建模工作作为案例，通过全面系统的梳理，实现无人机倾斜摄影技术下三维实景建模体系的完善，旨在为后续相关实践工作的开展提供参考。

3.1 充分利用现有的数据资料

观测人员在进行黄山市屯溪区的地理信息获取过程中，为了保证各项工作开展的指向性，充分利用已有的资料成果。安徽省设置了GPS/北斗双模式定位系统基站，使其具备足够的技术水平，提升了测量的精度。在此基础上，观测人员着眼于2018 年1颐10 000DOM 数据，开展观测点的布控位置的设计、规划以及完善工作，在合理布局的基础上，进行了为后续各项无人机倾斜摄影技术的应用奠定了坚实基础，同时，为三维实景建模工作的开展提供了技术支持，增强了三维建模的有效。除了进行上述外业布孔以及精度测量控制工作，为了保证数据测量的准确性，还应做好相关技术标准的执行工作，例如，黄山市屯溪区的地理信息获取时，遵循GB/T 27920.1—2011《数字航空摄影规范》和GB/T 18314—2009《全球定位系统测量规范》等技术规范的要求，对无人机倾斜摄影技术流程进行规范，增强了技术应用的有效性，实现了观测数据的科学采集[3]。

3.2 像控点布设方法

黄山市屯溪区在使用无人机倾斜技术进行三维实景建模的过程中，为了提升三维实景建模的准确性，像控点采用AHCORS 系统网络RTK 方式测量，实际作业中，高程控制点按平高控制点实测。在进行布点前，先根据范围和设计航线对测区进行基本的分区，分区时尽可能采用矩形，再根据分区情况进行布设，区与区接边的部分保证有3 个及以上的控制点共用，以保证模型的接边精度。测区像控点进行区域网布点时，按每平方公里布设3 个像控点、3 个检查点。检查点应选在影像清晰、目标明确的地方。不规则区域网布点时，应在凹凸拐角处加布平高点。通过上述布设方式，最大程度地提升了无人机倾斜摄影的准确性，在此基础上，采取空中三角测量法，提升观测结果的准确性。

3.3 三维实景建模基本策略

三维实景建模过程中，选择ContextCaptureCenter 系统软件，对无人机倾斜摄影获取的资料依据相应的处理流程，做好三维实景建模工作，具体流程如图1 所示。

图1 三维实景建模流程图

通过做好初始化建模区域的操作，形成三维像对，并上生成像对点云，在此基础上，组建三维TIN 网络，观测人员通过相关系统指令，对图像匹配错误而引起的TIN 进行删除和修复，并基于内在几何关系，将TIN 模型进行平滑和优化，达到最佳的三维表达效果。最后根据三维TIN 的空间位置信息，自动寻找最佳视角影像，并完成模型纹理的构建，最终形成完整且真实的三维模型。

4 结语

无人机倾斜摄影背景下三维实景建模，提升了区域地理要素的快速、准确获取，以更为直观、全面的方式加以呈现，更好地满足区域开发与社会生活的相关要求。为充分发挥无人机倾斜摄影技术下三维实景建模的作用，本文以黄山市屯溪区作为研究对象，在探讨无人机倾斜摄影技术原理的前提下，不断总结技术应用经验，厘清技术应用流程，逐步构建了完善的三维实景建模机制。