■摘要

针对现有的无人机三维建模中，使用人工3D建模的实时性和经济性问题，提出了一种利用无人机遥感数据进行三维地形建模的方法。以聂耳公园为例，进行了三维地形建模。实验表明，在三维地形中使用无人机图像形状建模具有更清晰、更逼真的虚拟现实效果；无人机航拍照片得到高层数据点，真实的还原三维地形，完整的展示出地形的高低不平。倾斜摄影是利用无人机航拍通过划分区域，以及逐点拍摄达到覆盖每个面，在电脑中形成三维图像。针对玉溪聂耳公园碎片化改造内容，高精度的记录海绵化改造的内容以及地理条件。通过对园区地形建模分析，快速准确掌握项目地形情况，为设计和施工决策提供参考，为人、料、机准备和土方调配方案提供依据。

倾斜摄影建模

近年来,倾斜摄影技术是国际测绘领域发展起来的一项新技术，改变了正射影像从垂直角度的限制。通过一个垂直、四个倾斜、五个不同的视角同步采集影像，获取到丰富的顶面及侧视的高分辨率纹理。它不仅能够真实地反映地物情况，高精度地获取物方纹理信息，还可进行先进的定位、融合、建模等技术，真实的生成三维城市模型。该技术在欧美等发达国家已经广泛应用于多个行业。传统的三维建模通常采用3dsMax、AutoCAD等建模软件。目前，国内外广泛应用倾斜摄影测量技术，倾斜摄影的建模数据已逐渐成为城市空间数据框架的重要组成部分。

一、倾斜摄影与BIM的结合

BIM软件是生成3D模型为载体的数据信息模型，和传统技术相比，项目从立项规划、设计、施工到交付及营运维护，采用间断的数据进行共享、交互。在初期规划与概念设计上，绝大多数使用三维效果图实现功能划分，通过图像里面的数据、平面图或拍摄图片对建筑物轮廓和高度信息进行建模。这样，模型数据精度低，纹理和实际效果偏差大，就需要大量的人工在生产过程中参与进行数据调整；同时，数据生产周期长和时效性差，不能真正满足用户的需要。

通过倾斜摄影及三维建模快速实现城市建模，结合无人机航拍影像综合提取地物纹理，实现三维建模。倾斜摄影测量技术可以感知在宽范围、高精度、高清晰度下的复杂场景，并通过高效的数据采集和专业数据处理，生成数据直接反映地面物体的外观、位置和高度。这为测绘水平的实际效果和精度提供了保证。同时，可以有效地提高模型的生产效率。用倾斜摄影法完成建模方法只需3至5个月，大大降低了三维模型数据采集的经济成本和时间成本。同时，无人机在地形复杂的区域、建筑物密集的城区和多云雾的山区都有更强的适应性。

如图所示，通过前期对聂耳公园无人机建模建立模型，再根据改造内容绘制出效果图。

二、聂耳公园倾斜摄影

01

航拍区域任务规划

模型的精度取决于图像的精度。一般来说，距离越高，照片的分辨率越高，照片的质量越好，获取的三维效果越好。图像比视频形成的三维效果要好很多，倾斜摄影拍摄必须要从垂直方向90度，前后左右各45度，五个角度移动拍摄各组图像，也可通过软件来实现精确的照片采集。

使用Altizure应用，进入数据采集功能。成功连接后，进入主界面后，可以点击屏幕左侧的第一个按钮，任务按钮，打开任务面板，按+，创建飞行任务，如图1所示。

图1航拍区域任务规划

地图上绿色矩形为建模区域，灰白半透明多边形为飞机可能的飞行区域。飞行前调整图像采集区域，使其覆盖你想要采集的区域。区域内白色折线为飞机航线，两端各有一个白色箭头，表示航线的起点和终点。左下角会显示该次飞行任务覆盖区域的大小和预计每条航线的完成时间，如图2所示。

图2任务区域划分

02

大重叠飞行

倾斜摄影获取的影像存在严重的遮挡现象，尤其是建筑物密集区域。为了获取全方位无信息盲点的倾斜影像应采取大重叠飞行观测方式，同时从垂直、前视、左视、右视与后视共5个不同的角度采集影像。

为了便于倾斜摄影，每个任务区域会自动生成5条航线。第一条为正射，相机垂直面向地面。后四条为面向四个不同方向的倾斜路线，相机朝地平线下方倾斜，面向拍摄目标的侧面，当飞机处於两个长段路径点之间时会触发自动拍照机制。如图3所示。

图3Altizure的5条航线的划分方案

三、聂耳公园航拍建模分析

01

航拍三维建模

无人机航拍图像更强调对室外场景三维重建新型技术体系的一体化构建，配合航拍技术、航空遥感技术、影响传输技术、数据处理技术以及几何视图分析技术来实现图像数据有效处理过程，三维地形数据库平台的建立是整个3DGIS系统的基础。工程前期，利用无人机航拍扫描，得出园区地势高程分析，整体地势东南高、西北低，同时建立知音湖区域实景模型，将导出的DEM高程点数据在revit中二次还原，结合湖底设计标高和原湖底标高，计算出平均土方开挖量m3，在施工前为土方作业的人机准备提供参考，拟定成本投入。如图4和图5所示。

图4高程点数据分析

图5知音湖土方开挖实景建模分析

02

单体图像建模

使用DJIgo里的兴趣点环绕来进行扫描拍摄。

1、先将前期拍摄好的素材拖入lr中进行预处理，处理的原则是将色彩尽量还原，曝光错误的地方进行修正。

2、打开AgisoftPhotoScan，能够看到我们的三个主要区域

（1）工作区：项目目录和照片明细。

（2）模型功能区：对生成的模型进行操作的功能性控制。

（3）模型预览区：可视化模型预览。

图6Altizure的5条航线的划分方案

3、添加后会看到每张照片的信息，选择“工作流程”—“对齐照片”，选择建模区域，建立密集点云。

图7航拍照片区域划分

4、“生成纹理”，到这一步的时候，我们基本上就已经完成了建模的操作，能够看到模型上的纹理都是很清楚很细致的，基本是跟实景已经没什么区别了。

图8聂耳公园航拍模型

根据标定值参数来计算三维模型的参数值，并在计算机中构建最终的数学变换模型，将拼接好的图像融入进去，形成一套完整的、拥有参考图像坐标系的三维数学模型，获得高度整合化后的高清图像。

03

航拍模型测量原理

利用无人机中进行高精度空中测量，同步记录POS数据，计算立体模型的定向点、连接点、控制点坐标。在同时段，无人机连续拍摄几组重叠的照片，照片都有相同的建筑物，就可以分析出建筑物的结构，并制作细部纹理。无人飞机航拍通常低空飞行，受气候条件影响较小，系统携带的数字彩色航摄相机等设备可快速获取地表信息，获取超高分辨率数字影像和高精度定位数据，拍摄影像清晰、分辨率高、现势性好同时，通过在三维环境中对聂耳公园改造内容进行坡率、走向和节点检查，对问题区域进行标注，准确、高效地测量距离、面积，标注各设施构件附属信息，提高工作效率。如图9所示，使用无人机航拍得出模型数据，建立出聂耳公园铜像模型，同时还可以高程点进行测量。

图9聂耳公园铜像测量

04

三维动画技术模拟

三维动画技术模拟使停留在人们想象中的事情逐渐成为了现实。由于其精确性、真实性、可操作性，被广泛应用于诸多领域。

1）能够完成使用拍摄器材不能表现的镜头；

2）可以随时制作，不受天气季节等因素影响；

3）降低了拍摄成本的同时提高了场景的变化性；

4）无法重现的镜头可通过三维动画来模拟完成；

5）能够对所表现的物品起到美化作用。

倾斜摄影模型上修路

结语

近年来，多镜头航摄仪的发展很好的克服了精度问题，同时实现了对地物顶部和侧立面的建模和纹理采集，使得倾斜航空摄影在大范围三维建模方面表现出了卓越的能力。同时，低空航拍的影像清晰、分辨率高、现势性强，用于制作三维模型时更加形象逼真。具有非常有冲击力的视觉感受。同时，倾斜航空摄影也能在建模之余，获得正射影像和数字高程模型。

国内外已广泛开展倾斜摄影测量技术的应用，倾斜摄影建模数据也逐渐成为城市空间数据框架的重要内容。

倾斜影像不仅能够真实地反应地物情况，而且还通过采用先进的定位技术，嵌入精确的地理信息，使用户获得更高级，更为逼真的用户体验，极大地扩展了遥感影像的应用领域。

倾斜摄影技术在能快速建立工程范围内的地表三维模型同时，大大降低了三维建模的成本，将是今后较长一段时间的三维模型主要生产方式。将倾斜摄影技术生成的三维模型，引入到滑坡体治理工作中来，有利于提高治理工作效率，优化工程治理方案，并方便反馈工程实施效果。