摘要:傾斜攝影實景三維建模技術將傳統測量從二維平面提升至三維立體層次，同時也將部分外業測繪工作轉化到內業數據處理，極大程度地提高了生產效率。作為一種新興測繪技術，傾斜攝影實景三維建模技術具有其自身的兩面性，本文從傾斜攝影實景三維建模技術原理出發，結合其優點及不足之處，詳細闡述分析了該技術在各個領域的應用現狀及優化措施。

　　關鍵詞:傾斜攝影;三維建模;無人機;攝影測量

　　0引言

　　傾斜攝影實景三維建模技術首先興起于國外，從2014年以來，相關的數據處理軟件被逐步引入測繪地理信息行業，近幾年傾斜攝影測量技術在國內受到強烈關注，其數據成果廣泛地應用于應急測繪、國土資源調查、城市規劃、智慧城市建設及模擬仿真等各個行業。傾斜攝影技術利用飛行器(有人/無人)平臺搭載傾斜攝影航攝儀，從多個視角實施對地觀測，并獲取多視數碼航攝影像，結合多視影像密集匹配算法，構建實景三維模型準確真實地還原表現狀信息[1-2]。

　　該技術以大范圍、高精度、高真實感的作業方式全面感知復雜場景，通過高效的數據采集設備及專業的數據處理軟件生成的數據成果可以直觀地反映地物的外觀、位置、高度等屬性信息。硬件方面，國外有美國徠卡公司RCD30系統、德國IGI公司的Penta-DigiCam系統、以色列VisionMap公司的A3系統及國內有SWDC-5、AMC580及TOPDC-5傾斜相機;軟件方面，主要有法國ASTRIUM公司的街景工廠、Acute3D公司的Smart3DCapture、美國Pictometry公司的Pictometry系統、Trimble公司的AOS系統、微軟Vexcel公司的Ultramap軟件、以色列的VisionMap軟件等。

　　上述軟硬件系統是目前國際傾斜攝影技術發展的最高水平。傾斜攝影實景三維建模技術雖然在測繪地理信息行業得到了廣泛的應用，與此同時，由于其技術本身的局限性也帶來了不少問題。因此，本文首先闡述傾斜攝影測量相關技術流程，其次分析其在各領域應用情況及存在的問題，并提出相關的應用改進及推廣措施。

　　1傾斜攝影實景三維建模

　　傾斜攝影實景三維建模技術主要包括傾斜攝影及三維建模兩個階段:傾斜攝影階段分為多視影像獲取與像控布設與測量兩部分;三維建模階段根據處理過程分為預處理、傾斜空三加密、多視影像密集匹配、集群紋理映射及實景三維輸出等步驟。

　　1.1傾斜攝影

　　傾斜攝影是指通過同一飛行器平臺搭載傾斜航攝儀，同時從垂直、傾斜等多個不同角度采集場景多視影像。根據攝區范圍大小、地形情況，飛行器平臺可以分別選擇直升機、無人機及動力傘等，目前實施傾斜攝影使用頻率最高的飛行器為旋翼無人機[3-4]。任務荷載方面，搭載的傾斜航攝儀有五鏡頭、三鏡頭等相機，針對單體實施傾斜攝影時，也可以使用單鏡頭進行傾斜拍攝。為保證實景三維數據質量及精度，目前傾斜攝影多視影像地面分辨率以5cm內為主，影像航向重疊度控制在70%—80%之間，旁向重疊度控制在60%—70%之間[5-6]。

　　1.2多視影像聯合平差

　　多視影像包括垂直攝影影像和傾斜攝影影像，其影像多樣性比傳統航攝更多，傳統空中三角測量方法無法解算，因此需要多個角度的影像進行聯合平差處理傾斜影像。平差解算過程中，首先，需要分析多視影像之間的幾何形變及遮擋關系;其次，根據影像POS數據中的外方位元素，結合金字塔影像匹配策略，在每一層級金字塔進行同名點匹配和聯合平差，得到相對精度較好的匹配結果;最后將像控點、連接點及其他輔助數據導入多視影像自檢校區域網誤差方程，通過聯合解算獲取最終的高精度結果。

　　1.3多視影像密集匹配

　　多視影像密集匹配是傾斜攝影數據解算的關鍵技術之一，多視影像匹配與單一立體像對相比具有如下特點:1)由于影像拍攝角度及數量較多，因此可利用影像信息十分豐富，將誤匹配概率降至最低;2)充分利用冗余紋理特征信息，有助提升航攝盲區匹配精度。

　　1.4生成數字表面模型

　　利用多視影像密集匹配空三成果，生成高精細數字表面模型(DSM)，該模型數據可以準確反映地形起伏變化情況。由于傾斜多視影像之間存在角度、色差、高度等方面的差異，且影像中存在陰影和地物遮擋的情況，因此使得DSM局部出現不規則拉伸及扭曲的情況。

　　1.5實景三維模型輸出

　　多視影像經絕對定向及勻光勻色后，將其轉換成高密度真彩色點云數據，利用點云數據生成TIN模型，通過紋理映射，生成給予多視影像紋理的高分辨率實景三維模型，該模型數據具有高精度、高真實感、全方位感知的特點。為滿足多行業應用，目前通用的實景三維數據成果格式有*.osgb、*.obj兩種格式。

　　2應用分析

　　2.1大比例尺測圖

　　基于傾斜攝影實景三維模型生產大比例尺(1∶500/1∶1000)地形圖基本滿足《城市測量規范》[7]1∶500數字線劃圖的精度要求，相比于數字化測圖作業方式，生產效率得到了明顯提升。但模型中部分尺寸較細的地物(如路燈、電桿等)建模效果不佳，扭曲變形較為嚴重，采集誤差較大，需要用其他作業方式進行補充測量。另外，針對部分地物要素特點，可研究開發一些智能自動化線劃圖提取功能軟件，從而進一步提升線劃圖生產效率。

　　2.2土方測量

　　利用傾斜攝影空三成果，可以輸出真彩點云數據，該點云數據具高密度及高精度特點，可用于無植被遮擋大范圍裸露土石方測量項目，通過與傳統土方測量比較，量測方量較差百分比小于3%，滿足《城市測量規范》要求。需要注意，為滿足土方測量高程精度要求，像控測設高程控制需采用水準測量與周邊高等級水準點進行聯測。

　　2.3竣工測量

　　傾斜攝影實景三維模型具有高精度、高真實感、全方位感知的特點，其在規劃竣工測量項目中用途包括竣工地形測繪、綠化測量、樓高測量及建筑物退距核實等[8]。實際應用過程，一類建筑物角點要求平面中誤差在±5cm以內，部分扭曲變形較大的建筑角點采集時，需調用絕對定向后的多角度原始航片輔助進行采集才能確保精度要求。

　　2.4地籍測量

　　傾斜攝影實景三維建模技術在地籍測量項目中的應用主要體現在地籍調查底圖生產，傳統作業方式為全野外數字化測量，需要投入大量人力物力，且生產周期長，投入成本大，將傾斜攝影應用于地籍測量項目有效提升工作底圖生產效率。經精度驗證發現，60%—70%房屋角點平面誤差在±5cm以內，符合地籍界址點精度要求;剩余精度超限部分為隱蔽或不規則房屋角點，多為房屋周邊存在植被樹木遮擋或為老舊木土材質房屋，對于此類房屋角點需采用其他方式(如數字化測量)進行補充測量。

　　2.5立面測量

　　當前，全國范圍內各個省市都在推行美麗鄉村建設，針對已有建筑景觀風貌提升改造項目也隨之增多，而建筑立面圖是開展景觀提升設計的基礎資料。利用傾斜攝影實景三維模型數據生產建筑立面圖，更加準確直觀高效，進一步豐富了項目成果;也可以基于建筑實景三維進行景觀設計，提升設計方案的可行性與真實度。

　　2.6城市三維建模

　　隨著智慧城市、數字孿生城市建設的不斷推進，城市三維建模需求與日俱增[9]。目前城市三維模型大部分為三維仿真模型，主要利用三維激光點數據結合已有矢量數據全人工方式進行生產，具有生產成本非常高、模型真實感不高、精度有限等不足。傾斜攝影實景三維建模其高真實感、高效率及高精度的特點，為城市三維建模提供了技術補充，有效地解決了項目生產周期、成本控制等方面的問題，但實景三維模型數據類型為Mesh模型數據，不具備矢量數據的點、線、面特征，為滿足更多元化的GIS應用需求，需利用其他軟件進行建筑單體化。

　　3結束語

　　本文通過詳細的分析，闡述了傾斜攝影實景三維建模技術原理及其當前的應用現狀，該技術可以有效地提升測繪生產效率，豐富測繪成果，為大數據測繪提供新的技術支持。與此同時，該技術依然存在不足之處，主要表現在以下幾方面:

　　1)飛行器平臺續航時間短。傾斜多視影像具有高分辨率、大重疊度的特點，因此航攝實施需要長航時飛行器平臺的硬件支持。目前傾斜攝影飛行器平臺以旋翼無人機為主，該種類型飛行器續航時間有限，作業工期相應延長，航拍風險增高，另外，影像光照及色彩信息差異性增強，加大了后期數據處理難度。2)局部建模效果有待提升。傾斜攝影實景三維模型中，部分區域建模容易出現扭曲拉花等現象，如建筑檐下結構、樹下遮擋部分、玻璃紋理及水域等，影響模型數學精度，需進行貼近補拍或約束建模，提升模型輸出質量;3)行業規范有待補充。目前傾斜攝影實景三維建模外業航攝實施規范和內業數據處理規范待有關部門編制發行，全面制定行業技術標準，從而進一步推進傾斜實景三維建模技術的深化應用。

　　參考文獻:

　　[1]張祖勛.數字攝影測量原理[M].武漢:武漢大學出版社，1997.

　　[2]張健清，潘勵，王樹根.攝影測量學[M].武漢:武漢大學出版社，2009.

　　[3]王競雪，朱慶，王偉璽.多匹配基元集成的多視影像密集匹配方法[J].測繪學報，2013，42(5):691-697.

　　[4]王建強，鐘春惺，江麗鈞，等.基于多視航空影像的城市三維建模方法[J].測繪科學，2014，39(3):70-74.

　　[5]楊國東，王民水.傾斜攝影測量技術應用及展望[J].測繪與空間地理信息，2016，39(1):13-18.

　　[6]王丙濤，王繼.基于傾斜攝影技術的三維建模生產與質量分析[J].城市勘測，2015(5):80-85.

　　[7]北京市測繪設計研究院.城市測量規范:CJJ/T8-2011[S].北京:中國建筑工業出版社，2012.

　　[8]吳國榮，李甫群，彭軍文，等.無人機傾斜攝影測量在城市建筑物竣工測量中的應用[J].城市勘測，2019(4):112-116.

　　[9]王星，朱云，張旭，等.傾斜攝影技術在大面積城市三維建模中的應用[J].城市勘測，2018(6):59-62.

　　作者：林萬榮