总735期第一期2021年1月
河南科技
Henan Science and Technology
耿浩然胡青峰龚天浩
（华北水利水电大学，河南郑州450000）
摘要：针对传统摄影测量视场死角的问题，指出倾斜摄影测量能较好地顾及建筑物侧面纹理信息，为三维模型建立提供了一种高效的方法。本文以郑州某校区为例，借助专业的倾斜摄影三维建模软件，成功构建出该校区的三维模型。通过在模型上进行一系列量测工作，并与实际踏勘数据对比，验证模型的精度。研究显示：在像控点约束的情况下，倾斜摄影测量建模不但能直观反映真实场景中地物分布状况，而且精度完全能满足日常生产需求。
关键词：倾斜摄影；三维建模；控制点；模型精度
中图分类号：TU198文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）01-0013-03 Research on3D Modeling Based on Oblique Photogrammetry
GENG Haoran HU Qingfeng GONG Tianhao
（North China University of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou Henan450000）
Abstract:Aiming at the problem of blind angle of conventional photogrammetry,it is pointed out that oblique photo⁃grammetry can better take into account the texture information of building side,which provides an efficient method for the establishment of3D model.Taking a campus in Zhengzhou as an example,this paper successfully constructed a3D model of the school district with the help of professional oblique photography3D modeling software.Through a series of measurements on the model,and compared with the actual survey data,the model accuracy was verified. The research shows that under the condition of image control point constraints,the oblique photogrammetric model⁃ing can not only directly reflect the distribution of ground objects in the real scene,but also fully meet the daily pro⁃duction requirements.
Keywords:oblique photography；three-dimensional modeling；the control points；model accuracy
摄影测量一经问世，便引起人们浓厚的研究兴趣，其发展经历了模拟摄影测量、解析摄影测量和数字摄影测量三个阶段。倾斜摄影测量起步相对较晚，发展于20世纪90年代左右。这种采用倾斜方式采集数据的技术，不仅具有覆盖范围大、分辨率高的特点，而且所有多视影像数据经过联合平差后可以较好地顾及遮挡关系，克服传统摄影测量的局限。
1倾斜摄影测量技术
1.1倾斜摄影测量的原理
如果某一影像在拍摄过程中，相机主光轴是有一定倾角的（倾角β大于5°），那我们就把该相片称作倾斜影像。基于倾斜影像的定义，倾斜摄影测量是通过搭载在同一飞行平台上的多个传感器，同时同步地对地物侧向、前方、后方和垂直方向进行拍摄，获取多视角高分辨率影像，并结合定位定向系统（Position&Orientation System，
POS）采集的外方位元素及地面控制点相关数据，经过处理生成立体三维模型，最大限度地还原真实场景［1］。1.2系统组成
倾斜摄影测量是集POS系统和数据采集系统为一体的测量技术，包含地面控制部分和空中飞行部分［2］。其中，POS是一款用于姿态测量的系统，由惯性测量（IMU）和GPS差分技术两个单元构成，
用来感知飞行器瞬时时刻的速度与姿态，为相片提供高精度的外方位元素解值。数据采集系统则通过CCD航射仪记录光线的变化形成数字图像，有效限制气象及地形对获取高分辨率影像的影响。其不需要胶片，免扫描，减少了信息存储成本。由于CCD采用感光的影像采集方式，与人眼生理功能相
收稿日期：2020-12-05
作者简介：耿浩然（1996—），男，硕士，研究方向：矿区地表开采沉陷变形监测。
信息技术
近，因此，其更易于辨识。
1.3
倾斜摄影测量特点
倾斜摄影数据采集效率高、周期短、成本低；能从不同角度采集地物的影像，弥补了垂直摄影图像失真的不足之处，真实反映周边地物情况；借助专业数据处理软件，能批量化输出具有可量测性的数字产品；适用范围广，性价比高。与传统摄影测量相比，倾斜摄影测量由于影片倾斜，导致影像各处的比例尺不一致；影像绝大部分会重叠，冗余度高，拖慢处理速度。这就对倾斜摄影的数据处理方法提出了更高的要求［3］。
天龙八部阿朱任务2基于有像控倾斜摄影测量的三维模型生成2.1
技术路线
倾斜摄影测量技术路线如图1所示。倾斜摄影测量的关键技术包括影像预处理、多视影像联合平差、多视影像匹配以及高密度点云生成和纹理数据的映射等。考虑到后期输出数据的质量，在实际测量工作中，要求同条航线不同相片之间的航向重叠度应在60%～80%，最小不低于53%；不同航线之间的旁向重叠度在15%～60%，最小不低于8%。对倾斜摄影来说，由于影像倾斜的特殊原因，对重叠度的要求也会随之上升。在建筑稀疏地区，通常要求为70%；在密集区域时，可适当调高至80%；如果条件苛刻，重叠率甚至可达90%［4］。
2.2
研究区域概况
本实验选取的实验区域为郑州市某校区，具体如图2所示，图中粗线为施测区域，细线为航飞路线。该区域内建筑物具有可以用来识别的明显特征，并且地形平坦，适合利用倾斜摄影进行三维模型构建。区域的南北距离约为
549m ，东西距离约为730m ，面积约为407661.60m 2。本
次实验在测区内一共设置了10条航线，在西边建筑密集区航线密度大，在东边建筑稀疏区域航线密度可相应
减小。
图2
实验区域概况
2.3
三维建模
本次建模采用实景建模软件ContextCapture 。该软件不仅操作界面简洁，而且以优异的性能受到人们的青睐。在测绘行业的摄影测量领域，都是依靠ContextCap⁃ture 来实现三维模型构建的。其中，负责空三解算的Con⁃textCapture Engine 是整个软件的核心。
与摄影测量建模相比，倾斜摄影测量的传感器在飞
行平台上从多方位同时拍摄影像，能较好地反映物体侧面纹理信息。目前，基于倾斜摄影的三维建模技术的主要流程如下［5-8］。
第一，数据预处理。把采集到的影像进行畸变差改
准备阶段
拟定作业计划技术设计测区选择
许晴外业数据采集
相片控制测量
图像数据
航空飞行
相机姿态信息
数据格式转换
影像预处理
多视影像平差
多视影像匹配
超高密度点云
正射影像
3D 模型
内业数据处理
图1倾斜摄影测量技术路线
正与匀光匀等一系列相关处理，确保相片质量合格。第二，建立工程项目，导入数据。对多视影像进行区域网的联合平差，获取更高精度的外方位元素、加密点的位置信息及更好的同名像点匹配结果。在已知影像外方位元素的情况下，对影像进行密集匹配，获取高密度点云，如图3
房顶漏水怎么处理所示。
图3研究区域内超高密度点云
第三，根据高密度点云数据，生成区域不规则三角网
（Triangulated Irregular Network ，TIN ），将三维模型白膜叠加到TIN 格网上，如图4
所示。
图4三维模型白膜与TIN 格网叠加
第四，对TIN 格网进行纹理映射，建立实景三维模型，如图5
所示。
图5实景三维模型
2.4模型精度评价
大张伟毒瘾
陈志朋献吻苏有朋为直观地体现模型的精度，抓取模型中篮球场的长度与宽度分别为27.9m 和15m ，如图6所示。经过实地踏勘，该场地长、宽平均值分别为28m 和15m ，模型测量结果与实际距离十分接近。
27.9m
（a ）篮球场的长度
15m
（b ）篮球场的宽度
图6在模型上量测数据
控制点在测量中能约束控制误差积累，其精度要高
于其余模型点。借助控制点这一特性，在本次实验中根据给出的控制点坐标求出两点间实际距离，然后与图上抓取相应的两点距离进行对比，结果如表1所示。
表1控制点距离测量结果
测回
P1—P2往测
P1—P2返测
平均值/m
次数12
345612
3456
测量结果/m 128.2128.1128.1128.2128.3128.1128.2128.2128.2128.3128.2128.2
128.19相对中误差
P1（3853810.947，469690.371）P2（3853855.430，469570.143）P1—P2真实距离：128.193m 相对中误差：
K =2.34×10-5由表1数据可知：模型上控制点距离平均值为128.19m ，
与实际距离相差3cm ，相对中误差K =2.34×10-5。
3
结论
本文利用ContextCapture 软件，对郑州市某校区提出了基于有像控倾斜摄影测量的三维建模方法。结果证实，利用该方法生成的模型具有较好的精度，能够真实地反映周边地物的情况。模型生成过程自动化程度高，提高了工作速度，降低了人工成本，完全能满足日常生产需求。但是，由于数据缺失和目标地物特殊的光反射性质，模型仍会出现空洞现象、纹理变形、细节模糊的问题，影响模型精度，这些问题还需要进一步研究。
参考文献：
［1］谭金石，黄正忠.基于倾斜摄影测量技术的实景三维建模及精度评估［J ］.现代测绘，2015（5）：21-24.
［2］胡文庆.倾斜摄影测量三维重建在城市规划管理中的应用研究［D ］.昆明：昆明理工大学，2016：11.
［3］吴征宇，冯成武.基于无人机倾斜摄影的城市三维建模方法研究［J ］.科技资讯，2017（26）：55-56.
［4］顾广杰，张坤鹏，刘志超，等.浅谈无人机倾斜摄影测量技术标准［J ］.测绘通报，2017（S1）：210-213.非诚勿扰李芊墨
［5］马永刚.倾斜摄影测量技术在大比例尺地形图测绘中的应用［J ］.世界有金属，2019（24）：210-211.
［6］杨国东，王民水.倾斜摄影测量技术应用及展望［J ］.测绘与空间地理信息，2016（1）：13-15，18.
［7］周杰.倾斜摄影测量在实景三维建模中的关键技术研究［D ］.昆明：昆明理工大学，2017：42-43.
［8］曹帅帅.无人机倾斜摄影测量三维建模的应用试验研究［D ］.昆明：昆明理工大学，2017：16-18.
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