文｜三門峽職業(yè)技術(shù)學院 楊阿蘭

隨著數(shù)字化城市的創(chuàng)建，人們在探索地球方面也逐漸朝著三維表達方式進行轉(zhuǎn)變，社會提高了地理信息可視化要求和精度的要求，將基于高程與地物信息合成三維模型已經(jīng)無法使高層次需求得到滿足。本文提出傾斜攝影測量技術(shù)是利用多角度傾斜拍攝，以此得到地物的側(cè)面信息，創(chuàng)建高精度、高仿真的三維城市模型，使三維建?？刹僮餍缘玫教岣?，使用也逐漸廣泛。有研究學者在研究過程中將傳統(tǒng)傳感器作為基礎實現(xiàn)傾斜測量，提出測量結(jié)合方法被廣泛應用到城市規(guī)劃管理、旅游管理和應急指揮等行業(yè)中，能夠降低三維模型數(shù)據(jù)收集時間代價與經(jīng)濟代價，但是實景三維模型對于專業(yè)、硬件的要求比較高。各領(lǐng)域?qū)θS模型具有不同的要求，所以本文對基于傾斜攝影測量的三維不動產(chǎn)登記平臺進行分析，為用戶提供查詢定位、標記、測量等功能。

1.傾斜攝影測量分析

利用飛行平臺實現(xiàn)傳感器的創(chuàng)建，通過垂直地面進行拍攝，對拍攝影像進行收集，從而實現(xiàn)傳統(tǒng)航空攝影。傾斜攝影測量是將飛行平臺作為基礎創(chuàng)建多傳感器，以此實現(xiàn)不同角度觀測，收集航空影像。和傳統(tǒng)航空攝影對比，傾斜攝影測量能夠使二維數(shù)據(jù)采集需求得到滿足，得到地物紋理、利用影像實現(xiàn)三維模型數(shù)據(jù)的制作，對三維影像數(shù)據(jù)進行創(chuàng)建。傾斜攝影測量系統(tǒng)通過創(chuàng)建GPS 系統(tǒng)和TMU 系統(tǒng)得出高精度的位置、狀態(tài)等信息，利用此信息實現(xiàn)加密，實現(xiàn)高精度三維數(shù)據(jù)的制作。

2.獲取傾斜攝影測量數(shù)據(jù)

2.1 技術(shù)流程

通過傾斜攝影測量技術(shù)和SF 系統(tǒng)實現(xiàn)三維實景模型的創(chuàng)建，創(chuàng)建流程為：

（1）預處理數(shù)據(jù)。對系統(tǒng)數(shù)據(jù)資料進行分析，實現(xiàn)數(shù)據(jù)預處理，將錯誤、缺陷的錯誤數(shù)據(jù)進行去除，對系統(tǒng)資料完整性與精準性進行保證，并且保證格式正確。

（2）三角測量。利用傾斜攝影測量技術(shù)對空氣三角進行測量，以此能夠得出影像方位元素。對外方位元素進行矯正之后，利用多視影像密集匹配得出三維點云，創(chuàng)建城市三維實景模型。

（3）對紋理信息進行選擇。利用三維實景模型使三角形面片利用二維圖像夾角與法線方程選擇最佳的紋理信息，然后關(guān)聯(lián)紋理。

（4）對城市3D TIN 進行輸出。

2.2 稀疏匹配

稀疏匹配指的是利用相應算法在對相同地形地物描述不同影像過程中，使同名特征點進行提取，對影像和影像的相對位置關(guān)系進行恢復。稀疏匹配過程為特征點提取、描述和匹配：首先，提取特征點。為了尋找影像之間相關(guān)性，要求尋找影像同名點，在多個同名點中提取具備典型特征并且不容易誤匹配的同名特征點。以判斷依據(jù)使特征點劃分成為特征斑點與特征角點，其中特征角點指的是地物角點，通過Harris 算法實現(xiàn)角點檢測。特征斑點大部分都是影像中和周圍區(qū)域具有較大相差灰度的點，也就是使特征點對特征信息進行描述。信息主要包括自身和鄰域點特征信息，比如方向信息、位置信息與尺度信息等。此信息描述具備唯一性，并且對于旋轉(zhuǎn)、光照等外部干擾的抗干擾能力比較強。最后匹配同名特征點，也就是實現(xiàn)不同影像特征點點集創(chuàng)建相應關(guān)系。根據(jù)特征點描述，描述信息的相似度量越大，那么其距離度量就會越小，兩點作為同名特征點幾率就會越大。

2.3 三角測量

在實現(xiàn)稀疏匹配之后，以影像之間同名特征點匹配結(jié)果實現(xiàn)相對定向。利用傾斜攝影測量技術(shù)能夠得出大角傾視與垂直攝影的數(shù)據(jù)，利用傾斜假設POS 系統(tǒng)的觀測值為多角度傾斜攝影外方位元素。以傳感器成像模型計算元對像元物坐標，通過多特征、多基線的匹配技術(shù)和連接點進行連接，降低外業(yè)控制數(shù)量，利用區(qū)域網(wǎng)平差全面測量空中三角。傾斜相機平臺為SF系統(tǒng)，設置傳感器模型，從而提高模擬效率，優(yōu)化航攝參數(shù)，從而提高連接點匹配精度和效率。

2.4 密集匹配

利用特征點匹配提取影像特征點，得到通過特征點構(gòu)成的稀疏點云，但是稀疏點云點數(shù)無法使生成模型需求得到滿足，還要針對影像對同名影像點進行提取，要求實現(xiàn)密集匹配。因為傾斜影像拍攝角度因素，和傳統(tǒng)正攝鏡頭拍攝影像對比，投影具有較大的變形、地物之間具有遮擋等問題，使用傳統(tǒng)攝影測量密集匹配算法無法對理想密集點云進行匹配?；谔卣鼽c創(chuàng)建三角網(wǎng)，所有三角網(wǎng)都是區(qū)域點。兩幅影像中的相同名稱三角形都是獨立仿射變換，利用計算同名三角形中的同名特征頂點能夠得出旋轉(zhuǎn)矩陣，以矩陣匹配三角形點實現(xiàn)逐像素點的匹配。實現(xiàn)閾值的提前設置，如果點相似程度滿足閾值要求，那么就是同名像點。利用此方法得出更多同名像點，從而實現(xiàn)密集匹配效果。

3.三維不動產(chǎn)登記平臺

3.1 三維不動產(chǎn)登記單元

3.1.1 單元的創(chuàng)建

地籍管理在實施不動產(chǎn)登記前的核心為地表權(quán)利，在權(quán)利登記方面無法將同個宗地中分布不同權(quán)利主體的地表、空中與地下權(quán)利直觀地表達出來。二維信息記錄模式并不會對三維不動產(chǎn)登記進行限制，能夠有效展現(xiàn)不動產(chǎn)立體空間的使用情況。

通過省級CORS 站定位信息能夠得到傾斜攝影和激光掃描數(shù)據(jù)精度，80%地表高程差在0.05m 以下，使單一激光點精度的需求得到滿足：

其一，利用此工藝流程生產(chǎn)模型數(shù)據(jù)在幾何精度中使用，能夠使1∶500 比例尺需求得到滿足。

其二，由于常規(guī)模型數(shù)據(jù)和紋理數(shù)據(jù)不同，會對模型表現(xiàn)效果造成影響?；趦A斜測量三維模型利用多視影像得到地面建筑物的側(cè)面、頂面紋理信息，利用影響信息創(chuàng)建模型，滿足模型場景實際需求。對比傳統(tǒng)技術(shù)工藝的模型數(shù)據(jù)，此項目所生產(chǎn)模型數(shù)據(jù)的整體性比較強，而且表現(xiàn)和真實場景接近，使人現(xiàn)場感得到提高。

其三，地形精度低，增加像控密度，從而使地形精度得到提高。

3.1.2 航線規(guī)劃

通過pix4d capture 實驗對數(shù)據(jù)軟件進行收集，利用自動規(guī)劃航線控制無人機收集數(shù)據(jù)。打開控制面板檢測設備和飛機，使無人機在測繪中正常工作，避免墜機和故障。無人機和手機連接之后，利用無人機對無人機的海拔、電量、GPS 坐標等數(shù)據(jù)進行收集。

在主界面中對Double Grid Misssion 點擊，將無人機數(shù)據(jù)收集能力充分發(fā)揮出來。另外，通過地圖勾勒測繪范圍，選擇飛行高度。系統(tǒng)根據(jù)范圍需要的飛行時間分析是否能夠完成測繪工作。

其次，在初次建模之后，第一次通過大范圍處理數(shù)據(jù)并不能夠滿足需求。所以對傾斜攝影測量進行研究，實現(xiàn)多層采集數(shù)據(jù)方法進行開發(fā)。

3.1.3 獲取影像

準備工作完成后使無人機起飛到一定高度后，在軟件中對Start 進行點擊，系統(tǒng)最后對設置的正確性、無人機系統(tǒng)是否正常工作進行檢查。然后無人機起飛，以3s一個單元在飛行中收集GPS 數(shù)據(jù)與影像，要求無人機在視野范圍中進行飛行，并且出現(xiàn)風險因素之后要迅速的拿回飛機控制權(quán)就行，以數(shù)據(jù)采集量能夠在十分鐘左右實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集。最后，使測繪采集數(shù)據(jù)在電腦中導入。

3.1.4 創(chuàng)建三角網(wǎng)

為了提高三維模型真實感，使其能夠滿足人眼視覺習慣，要求實現(xiàn)多視影像密集匹配之后得出密集點云，從而實現(xiàn)三角網(wǎng)格化。首先，實現(xiàn)網(wǎng)格初始化，從而得出種子三角形；之后，將最優(yōu)點作為基礎，在網(wǎng)格生長方向約束條件中實現(xiàn)Delaunay三角網(wǎng)格化算法，之后實現(xiàn)網(wǎng)格生長，得出真三維網(wǎng)格；最后，修補真三維網(wǎng)格空洞，得出最終網(wǎng)格模型。

3.1.5 紋理映射

為了提高實景三維模型地物紋理信息的真實性和真實感，要求實現(xiàn)網(wǎng)格化三維模型的紋理映射。紋理映射要求先以影像坐標系和紋理坐標系的關(guān)系得出點紋理坐標，之后利用共線方程使二維影像紋理空間點和三維模型中三維空間點創(chuàng)建一一對應關(guān)系，使紋理信息在三維模型表面中映射，提高實景三維模型的真實視覺效果與紋理信息。

3.2 模型加載

根據(jù)傾斜側(cè)影測量技術(shù)實現(xiàn)三維模型數(shù)據(jù)的創(chuàng)建，使信息量得到提高。為了在web 環(huán)境中對三維模型數(shù)據(jù)進行批量加載，Cesium 新增了支持二進制格式的3D-Tile 數(shù)據(jù)的功能，實現(xiàn)模型數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)變。

3.3 紋理關(guān)聯(lián)

要想實現(xiàn)3D 實景模型紋理關(guān)聯(lián)，就要求實現(xiàn)3D 實景模型與紋理圖像紋理貼附和配準。由于傾斜攝影測量技術(shù)得到影像屬于多視角影像，相同地面物會出現(xiàn)在多張影像中，所以要選擇最佳目標影像具備重要意義。

3.4 測量精度分析

傳統(tǒng)攝影測量影像都是豎直單鏡頭，因為豎直地表攝影角度，導致攝影測量方式得出測繪產(chǎn)品高程精度具有一定的偏差。傾斜攝影測量對于地表多角度拍攝影像，地表地物具有豐富的側(cè)面紋理，地物點坐標通過多張影像計算。因為多片交會精度比雙片交會要高，傾斜影像在照片數(shù)量中比豎直影像要多，所以地標地物點坐標計算觀測量會增加。和傾斜影像特點相互結(jié)合，對測繪產(chǎn)品在平面精度和高程精度進行對比，分析影像生產(chǎn)模型和精度。

將某測區(qū)作為研究對象，基于本文測量和傳統(tǒng)測量進行制作，分析了傾斜與豎直對精度的影響。測區(qū)具有大量的照片，傳統(tǒng)測量在對傾斜影像處理過程中的時間比較長，并且無法使實際生產(chǎn)需求得到滿足，所以沒有形成TDOM，但是本文測量方法能夠成功處理數(shù)據(jù)，在對大數(shù)據(jù)影像數(shù)據(jù)處理的過程中，本文測量方法在時間效率、成功率方面都具有明顯的優(yōu)勢（詳情如表1，表2所示）。

表1 射影像對比實驗數(shù)據(jù)對比表

表2 射影像對比試驗軟件使用表

圖1生成的TDOM 圖，為了對圖片平面精度進行對比，在測區(qū)中均勻設置36 個檢查點，在影像中實現(xiàn)檢查點坐標收集，和外業(yè)實測坐標信息進行結(jié)合，得到檢查點平面誤差（詳情如圖1所示）。

圖1 生成的TDOM 圖

4.結(jié)束語

通過本文研究顯示，通過無人機開展傾斜攝影測量技術(shù)的使用方法比較多，并且具有制作簡單、上手快與可操作性強的優(yōu)勢，能夠通過專業(yè)人員進行操作，還適合學生業(yè)余愛好者探索。另外，傾斜測量技術(shù)具有良好的發(fā)展前景，并且有大量內(nèi)容需要探索和完善。在大數(shù)據(jù)時代下，傾斜攝影測量技術(shù)也在不斷的發(fā)展。其次，研究人員通過矯正傾斜測量中的問題，使因為地形等原因?qū)е禄兊葐栴}得到解決，使傾斜攝影測量技術(shù)的應用效率得到提高。