基于倾斜摄影测量技术三维数字城市建模

工程技术（建筑）技术论坛2017年5月第7卷·209·基于倾斜摄影测量技术的三维数字城市建模徐振林商丘师范学院，河南商丘476000摘要：随着我国数字化城市的建设进程如火如荼的进行，摄影测量技术在近几年中也得到了快速的发展，倾斜摄影测量技术也应用而生，快速的提高了我国的我国数字化城市的建设进程。本文研究的是利用倾斜摄影测量技术来构建三维数字城市模型，指的是运用在一个飞行平台上搭载多个传感器，以便多角度获取航空影像资料，对影像进行预处理，利用建筑物的几何模型，再提取影像中的纹理与几何模型结合，即可建立三维模型。关键词：倾斜摄影；测量技术；三维建模；数字城市中图分类号：文献标识码：A文章编号：1671-5586（2017）7-0209-023Ddigitalcitymodelingbasedonobliquephotogrammetryabstract：WithChina'sdigitalcityconstructionprocessisinfullswing,photogrammetrytechnologyinrecentyearshasbeenrapiddevelopment,tiltphotogrammetrytechnologyandapplication,rapidlyimprovetheprocessofourdigitalcityconstructionofourcountry.Thispaperstudiesthetiltphotogrammetrytechnologyisusedtobuild3Ddigitalcitymodel,referstotheuseofcarryingmultiplesensorsonaflyingplatform,sothatmultipleperspectivesforaviationimagedata,theimagepreprocessing,usingthegeometricmodelofthebuildingstoextractimagetextureandgeometricmodelofcombining,three-dimensionalmodelisestablished.keywords：Tiltphotography;Measurementtechnology;3Dmodeling;Digitalcity引言1倾斜摄影建模技术的实现倾斜摄影技术是通过在同一飞行平台上搭载多台传感1.1倾斜影像采集器（如图1，五镜头相机较为常用），可以同时从垂直、倾倾斜摄影技术不仅不同于传统的垂直航空摄影,而且在斜等多角度来采集影像数据，获取地面物体信息更加准确丰后处理数据和结果上也有很大差异。倾斜摄影的主要目的是富的一种新型的摄影测量技术。与地面垂直的角度拍摄获取获取物体的多方向的侧面信息，并能让用户从多角度浏览，的影像称为正片（一组影像），镜头朝向与地面成一定夹角实时量测，三维浏览等获取多方面的信息[2]。拍摄获取的影像称为斜片（四组影像）。城市三维模型可以1.2倾斜影像加工利用倾斜摄影测量技术的方法快速建立，通过减少模型的部数据获取完成后，先要检查获取的影像质量，不合格的分细部分析时间，简化模型纹理采集和处理的方法，从而提区域就要进行补飞，获取到满足质量要求的影像；其次进行高工作效率，缩短项目周期，降低成本[1]。调色调处理，对影像匀光匀色，在飞行的过程中影像存在时三维城市的建立能够全方位地、直观地给人们提供有关间和空间差异，影像会存在一定的色偏，这就需要进行匀光城市的各种具有真实感的场景信息，构建出一个真实、直观匀色处理；再次进行影像的几何校正、同名像点匹配、区域的虚拟城市环境，为城市管理者面对复杂的城市，实施科学网联合平差，最后每张倾斜影像上赋予平差后的数据，影像的、人文的、生态的规划，提供有力的决策手段。2013年国具有虚拟三维空间的位置和姿态信息数据，倾斜影像就可以家测绘地理信息局颁发的《智慧城市时空信息云平台建设指进行实时量测，每张斜片上的每个像素对应真实的地理坐标南》中，对城市三维建设提出了明确的要求，三维数据至少位置。分等级实现市辖范围全覆盖。倾斜影像的特点：①直观反映地物周边真实情况。相对于正射影像，倾斜影像让用户从多个角度观察地物，并真实的反映了地物的实际情况，从而完善了基于正射影像应用的不足[3]。②可实现量测单张影像。通过软件的应用，利用成果影像对高度、长度、面积、角度、坡度等进行量测，扩展了倾斜摄影技术在行业中的应用[3]。③可采集建筑物侧面纹理。各种三维数字城市应用可以充分利用航空摄影的大规模成图特点，结合倾斜影像批量提取及贴纹理方法的优势，从而降低城市三维建模的成本[3]。④便于数据分享。图1五镜头相机倾斜影像的数据格式可采用成熟的技术快速进行网络的数共享[3]。倾斜摄影测量技术通常包括影像预处理、区域网联合平差、多视影像匹配、DSM生成、真正射纠正、三维建模等关键内容。其基本原理如所示：图2一组影像获取示意图图3连续几组影像获取示意图图4正拍影像与倾斜影像对比图图5·210·2017年5月第7卷技术论坛工程技术（建筑）1.3倾斜模型生产倾斜摄影获取的倾斜影像经过影像加工处理，通过专用测绘软件可以生产倾斜摄影模型，模型有两种成果数据：一种是单体对象化的模型，一种是非单体化的模型数据。利用单体化的模型成果数据丰富倾斜影像的可视细节，结合现有的三维线框模型（或者其他方式生产的白模型），通过纹理映射，生产三维模型，这种工艺流程生产的模型数据是对象化的模型，单独的建筑物可以删除、修改及替换，其纹理也可以修改，尤其是建筑物底商这种时常变动的信息，这种模型就能体现出它的优势，国内比较有代表性的公司如天际航、东方道迩等均可以生产该类型的模型，并形成了自己独特的工艺流程。非单体化的模型数据成果，后来被称为倾斜模型，该模型采用自动化的生产模式，生产周期短、成本低，获得倾斜影像后，经过匀光匀色等步骤，以及专业的建模软件自动生产三维模型，这一过程通常是多视角影像的几何校正、联合平差等处理流程，通过运算可以生成基于影像的超高密度点云，点云构建TIN模型，然后生成基于影像纹理的高分辨率的三维模型，所以倾斜影像也有测绘级精度。影像提取的中间数据（点云）效果图，如图6所示：图6点云构建TIN模型，如图7、图8所示：图7图8纹理映射构建真实三维模型，如图9所示：图9无论倾斜摄影模型是单体化的还是非单体化的,在今天的GIS应用领域中都发挥了重要作用,空间地理基础数据为GIS产业提供了更广阔的应用基础。单体化倾斜摄影模型与传统的人工模型在GIS中的应用是一致的，这里不再阐述。1.4倾斜模型应用倾斜模型相对于二维地图,在管理智慧城市中,倾斜摄影模型可以让用户从多个角度观察物体,更准确地反映地物的实际情况,从而弥补传统的二维地图和三维虚拟模型的基础上应用不足。美国“911”恐怖袭击事件发生后,美军立即使用倾斜摄影测量获取五角大楼图像,迅速了解现场,并制定出最合理的实施方案。目前,该技术已在美国警方广泛使用,帮助后方指挥官掌握最详细的犯罪案件情况,以便作出合理的指示。这样,不仅提高了执行效率,而且提高了警务人员的安全,取得了良好的效果[4]。2倾斜摄影建模技术优势倾斜摄影测量技术在宽范围、高精度、复杂场景的高清晰全面的感知，通过数据采集设备和专业、高效的数据处理的流程生成数据反映的外观、区位特征、高度等属性,提供了测绘的真实效果和精度的保证。同时，有效地提高模型的生产效率，采用人工建立模型的方式一两年完成的一个小城市建模、倾斜摄影建模方法只需要三到五个月完成，大大降低了经济成本和时间成本的三维模型数据采集。目前,倾斜摄影测量技术在国内外得到了广泛的应用,倾斜摄影建模数据逐渐成为城市空间数据框架的重要内容。3倾斜摄影模型未来的应用与发展前景倾斜摄影模型具有真实的图像纹理，使每个模型三角形对应其纹理，所以模型的数据量非常丰富。GIS软件加载和实时渲染是一个难题,倾斜摄影模型本身不是单个的模型，所有的对象是在一起，如同“一张皮”，如何管理、查询、分析、应用成为非单体化倾斜摄影模型应用的又一难题。倾斜摄影技术是从空中获取地面信息，如果航测区域建筑密集，或者树木树叶遮挡的区域，那么这种自动化建模效果会降低，这些区域除了通过补拍等其他手段获取信息外，也可以采用街景或者全景数据融合建模，这样建筑物底部同样可以达到比较好的效果。倾斜摄影三维技术现如今已经成为三维建模技术的主流，未来的发展势头强劲。4结束语近年来,随着倾斜摄影测量技术的迅速发展,该技术受到国家测绘局的高度重视,倾斜摄影测量的应用不仅可以用于三维数字城市建模,而且还能更好的服务于社会,促进国民经济的快速发展[1]。摄影测量技术现已成为测绘技术的一部分,目前,它在抗震救灾、城市建模、土地利用动态监测、地质环境与灾害调查、地形图更新等方面发挥了重要作用,相信今后倾斜摄影测量技术随着科技和航空摄影技术的发展会得到广泛的应用,成为数字城市三维建模的首选技术,更好的服务于社会。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]李鸿祥.三维城市规划辅助决策支持系统的设计与实现[D].厦门大学,2013.[3]张骥,高钊,陈容.基于LeicaRCD30倾斜航摄仪和Smart3D技术快速进行城市三维实景生产[J].测绘技术装备,2014(3):61-64.[4]郭晟.影像城市:智慧城市发展的捷径[C]//中国智慧城市建设技术研讨会.2013.