無人機傾斜攝影校園實景三維建模技術研究及實踐

邱冬冬

摘要：無人機傾斜攝影技術三維建模的一種新興技術，被越來越廣泛的使用，智慧校園下的校園三維實景建模就是它的一個應用方向，本文以校園為項目區(qū)域，使用無人機進行了外業(yè)數(shù)據(jù)的采集，然后通過地面控制點使用軟件進行空中三角測量，最后進行模型重建。

關鍵詞：傾斜攝影;無人機;三維建模

中圖分類號：P231 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）05-0091-02

智慧校園是學校今后一段時間的一個重要發(fā)展方向，三維模型作為智慧校園中的一個重要方面同樣是研究的—個主要方向，傳統(tǒng)的三維建模是使用3DMAX工具，結合影像貼圖來建立的，這種方法耗時耗力，最主要的是建出來的模型和真實的場景是有區(qū)別的，不是實景模型。這就需要一種新型的技術來解決三維模型的創(chuàng)建。無人機技術的發(fā)展，讓攝影測量技術得到迅速的發(fā)展，傾斜攝影測量作為攝影測量的一個方向也被帶動發(fā)展起來，傾斜攝影的興起，使我們找到了創(chuàng)建校園實景三維的新方法。

1傾斜攝影測量的原理

傳統(tǒng)的攝影測量是使用有人機在空中通過航測儀進行垂直向下的影像數(shù)據(jù)采集，后續(xù)可以生產數(shù)字正射影像、數(shù)字線畫圖、數(shù)字高程模型等等，但是它采集的數(shù)據(jù)只有建筑物的頂部信息沒有側面信息。傾斜攝影測量技術是在垂直向下的方向上又增加了傾斜角度的影像采集，使采集場景不經有頂部信息而且有側面信息，后續(xù)通過專門的三維建模軟件生產三維實景模型。無人機技術的發(fā)展，使數(shù)據(jù)的采集方式更為便捷，帶動了傾斜攝影測量的發(fā)展，國內的傾斜攝影常見無人機有大疆M600搭載五鏡頭、精靈4RTK、飛馬D200等等。目前主流的傾斜攝影采集方法主要有三種，一是使用像大疆精靈4RTK版這樣的單鏡頭無人機，在空中分不同角度同一區(qū)域多次飛行。二是使用兩鏡頭搖擺或旋轉，在采集區(qū)域飛行一個架次來采集數(shù)據(jù)。三是使用無人機搭載五鏡頭相機，采集區(qū)域一個架次采集五個方向數(shù)據(jù)。三種方式各有優(yōu)缺點，使用時根據(jù)具體睛況選擇。

2整體技術流程

2.1測區(qū)踏勘

在進行數(shù)據(jù)采集之前，一定要在測區(qū)先進行踏勘，主要目的有兩個方面，一是看下測區(qū)內有沒有特別高的建筑物或高山，防止無人機在飛行時因規(guī)劃不當而發(fā)生事故，二是在踏勘時，確定哪個位置可以作為地面控制點，是否還需要新制作控制點。

2.2地面控制點采集

采集地面控制點是由于無人機的GPS位置信息不夠準確，不滿足進行測繪方面的后續(xù)生產，使用地面控制點進行空中三角測量能夠得到更準確的位置信息。地面控制點一般選用人行道斑馬線、道路拐點等明顯的地面點，如果在測區(qū)找不到合適點位，也可以使用油漆、石灰等材料在地面上布設“十”字形、“L”形等地面控制點。

2.3無人機傾斜數(shù)據(jù)采集

無人機傾斜數(shù)據(jù)采集需要先確定測區(qū)的最高點高度，然后根據(jù)最高點高度及所需的重疊度來確定飛行高度。如果區(qū)域比較大，則需要進行飛行區(qū)域劃分。飛行區(qū)域劃分一般提前使用奧維地圖來確定范圍線，輸出kml文件，在飛行時直接導人規(guī)劃好的范圍，使用地面站軟件進行規(guī)劃采集。

2.4數(shù)據(jù)內業(yè)建模

在進行內業(yè)建模時我們一般使用smart3D軟件，當然也還有很多別的類型的建模軟件，smart3D軟件主要的好處就是可以輸出多種數(shù)據(jù)格式。基本的軟件流程是先建立工程，然后導人影像數(shù)據(jù)、導入pos數(shù)據(jù)和控制點，如果有相機標定參數(shù)的也要進行輸入，后面在進行刺點、空中三角測量，匹配好pos和控制點權重，空三完成后，根據(jù)采集范圍進行三維模型重建。

3校園實景建模

本次項目已江蘇建筑職業(yè)技術學院為飛行范圍，約1200畝，項目區(qū)域，高程起伏較大，地物豐富有各種人工建筑物、花壇、草地、斜坡、停車場、操場等。本項目使用的是格賽六旋翼無人機搭載的旋轉兩鏡頭相機如圖1所示，無人機及云臺參數(shù)如表1、表2所示。

此次飛行由于校園高度變化，把校園分為4塊區(qū)域，高度設置為100m，重疊度設置為航向80%，旁向70%。相機總共采集了4532張影像。如圖2所示整個區(qū)域共布置了像控點15個，檢查點6個。部分像控點選擇的是道路斑馬線，一些不容易定點的地方使用了“L“布標。如圖3所示。

本項目三維重建使用的是smart3D軟件，由于沒有相機參數(shù)，使用的是軟件自檢較，空三精度滿足1：500要求，模型表面精度在1.8cm，在進行空三過程中由于項目區(qū)域不大，沒有使用集群功能，使用單機跑的數(shù)據(jù)。模型重建過程中使用kmlN圍文件對測區(qū)進行了范圍確定，數(shù)據(jù)格式生成的是OSGB格式，后建立S3c索引，因為此格式可以使用EPS軟件建進行裸眼測圖，供后期教學使用。模型重建完成后可以使用軟件自帶的viewer軟件進行瀏覽和簡單的一些面積、距離等的量測。本項目是以學校為采集區(qū)域進行的數(shù)據(jù)采集，如圖4所示最終的三維實景模型。

4結語

本文是以江蘇建筑職業(yè)技術學院為測區(qū)進行的三維建模，模型雖然精度達到了1.8cm，但是在一些區(qū)域生產的效果不是太好，如房檐下面、雨棚下面、樹木覆蓋區(qū)、路燈等小的獨立地物等、地面平整度等等，這就需要后期進行模型修飾。

隨著傾斜攝影技術的不斷發(fā)展，飛行器及軟件也將會得到更大的優(yōu)化，模型的整體質量也會得到更大的提升，模型的使用范圍也會越來越廣泛，不經為智慧校園建設，也會為國家發(fā)展和社會進步貢獻一份力量，為智慧城市、智慧國家的推動起到積極作用。