2024年2月4日发(作者：)

无人机倾斜摄影实景三维建模及精度评价

摘要：倾斜摄影技术搭配无人机操作能够快速、精准获取项目三维数据，辅助创建三维实景模型，提高模型精度，为项目提供有效参考，为此需要加强倾斜摄影以及三维建模技术研究，保障建模精度，减少工程误差。文章先分析了无人机倾斜摄影，随后介绍了无人机倾斜摄影实景三维建模以及精度评价，以供参考。

关键词：无人机；倾斜摄影；实景三维建模；精度评价

引言：随着无人机技术持续创新发展，逐渐应用于我国各个项目生产当中，三维建模能够帮助快速采集项目信息。利用无人机搭载专业摄像装置实施倾斜摄影能够帮助有效采集地面影像信息，对点云数据实施全面扫描，相关数据不但能够辅助传统数字测绘，还可以支持三维实景建模。

一、无人机倾斜摄影

无人机属于无人驾驶航空器，能够利用计算机系统编程以及无线电控制实施自主操控，在无人机中设置了自动驾驶以及导航设备。倾斜摄影改变了传统模式下只能进行垂直拍摄的弊端，在无人机中搭载多个传感器，能够从倾斜、垂直等多种角度进行拍摄，从而得到目标地物的立面信息，获得目标物倾斜影像，随后构建模型为人们打造直观世界。倾斜摄影进一步降低了实景三维建模成本，能够对模型中的对地物原有色彩、纹理进行全面还原，将整个建筑细节以及地貌特征直观呈现出来，促进倾斜摄影在各个工程领域发挥出应有价值。倾斜摄影所采集的数据能够帮助人们立足于多个角度层面观测建筑，将目标物实际状况真实、全面反映出来，有效弥补人工建模精准度不足问题。倾斜摄影实际应用较为简便，信息获取快捷，利用无人机平台设置多个传感器能够得到更为全面倾斜影像数据，同时借助专业测量软件实施成果多空间测量，利用倾斜影像信息自动设计DSM以

及DLG多样成果。倾斜摄影利用软件能够快速得到精准实景三维模型，减少成本支出，并利用网络平台促进项目信息全面共享，支持构建实景三维模型。

二、无人机倾斜摄影实景三维建模及精度评价

（一）实验流程

此次实验区为平地，面积达到20000㎡。此次实验中利用四旋翼无人机实施倾斜摄影，结束数据采集后实施全面检测，随后借助SMART3D软件进行纹理映射、TIM创建、密集匹配以及空三加密相关活动，支持实景三维建模，最后借助GNSS-RTK来采集各个外业监测点数据信息，合理检验模型精度[1]。

结合项目需求确定飞行高度以及覆盖范围，对飞行航线进行科学规划，无人机系统能够联系项目目标区域对飞行航线实施自动设计规划，由于此次项目范围较广，单架次飞机整体飞行时间较长，因此针对目标区域实施多架次飞行。此次试验中影像采集利用无人机设置五个α5199索尼相机，对应正射镜头焦距是25mm，四个旁向镜头对应焦距为35mm。飞行高度为100m，地面分辨率是1.6cm，航向设置重叠率是78%，对应旁向重叠率达到75%，总计飞行5个架次采集数据，各个架次结合飞行范围差异，软件能够自动设计飞行航线。此次研究中主要利用第一架次采集数据构建实景三维模型。第一架次区域内总计设置五个摄像点，10个监测点，利用华测GNSS-RTK开展实地检测，总计得到3740个影像，能够发现航线维持良好行高以及弯曲度，飞行稳定，图像层次丰富、纹理清晰、色调均匀。

（二）三维实景建模

为进一步提升航测数据处理效率，开始创建三维模型前，率先构建SMART 3D工作集群，构建工作集群主要可以分成三步，第一是在相同局域网内全面接入集群对应计算机。第二是共享项目位置、数据在主机系统磁盘内合理存储，随后把磁盘名成变成Z，避免和集群其余系统盘拥有相同名称。第三是在其余系统内构建磁盘Z映射，随后利用CONTEXTCAPTURE SETINGS对工作引擎相关工作目录进行合理修改。在初步创建工作集群后，基于SMART3D软件新建工程，按惯例统一修改照片名称，便于对不同角度影像数据进行准确分辨，从而在借助表格输入影像信息数据中不会产生错误数据。影像数据倒入包括两种方式，第一是根据影像

数据存储的文件夹部位合理导入，将五个角度影像数据相继导入其中，在实施后续空三加密处理前，需要率先将POS信息导入其中。第二是按照EXCEL表格方式对各种影像数据进行合理导入，同时将POS信息、计算机内影像位置信息导入EXCEL表格内，由于表格自带POS数据，所以在空三加密中无需继续将POS数据导入其中[2]。

空中三角测量属于无人机影像内业关键处理环节，主要目标是利用影像匹配提取连接点和地面部分控制点，在已知地面控制点坐标内融入全部区域，得到各个影像外方位元素以及加密点地面坐标。空三加密结果质量会对后续三维模型精度产生直接影响。CONTEXTCAPTURE系统内，空三加密属于全自动解算活动，一旦发生解算错误，可以重新对影像POS数据以及设置名称进行查看，判断和POS数据是否互相对应，随后实施空三加密。此次实验中总计实施两次空三加密，其中第一次是在将POS数据以及影像数据导入系统后实施空三加密，第二是是以首次空三加密为基础，输入像控点数据后实施二次空三加密。利用该种空三加密技术能够优化系统精度。结束空三加密后利用3DView实施全面展示，得到可视化成果[3]。

模型构建前，软件对具体建模项目实施合理的区块划分，方便结合计算机系统实施单独构建，有效改善计算机性能问题，有助于优化分配集群计算任务。在结束空中三角测量后，结合系统内存，选择恰当切块，此次实验主要以立体规则切块为主，瓦片分割大小规模是20m。利用专业3D软件，综合第一架次飞行采集数据创建实景三维模型，选择恰当输出格式，此次建模以C3G输出格式为主，能够基于3Dview对模型进行查询，测量各个节点坐标，获得区域实景三维模型。

（三）精度评价

在对倾斜摄影所采集各种影像数据进行综合处理基础上，获得三维模型，并构建具有较强直观性三维模型。实验中构建实景三维模型能够利用3Dview开启，并在模型内直接得到三维地理坐标数据。假设RTK检测点实际坐标值是真实数值，通过采集三维模型中不同检查点坐标数据，随后与实地检测坐标实施对比分析，发现其中三维模型最大平面误差是0.0674m，最大高程误差为-0.1245m。监测点模型坐标测量结果和RTK外业实测坐标以及坐标误差具体如下图所示：

图 2 检查点误差分布

实验结果表明，测量精度符合三维地理信息模型规范要求，对应I级成果平面精度误差低于0.3mm，对应高程精度误差控制在0.5m以下，可以为各种生产项目提供有效原始数据，结合三维模型生产比例为1:1000的数字线划图产品。

结语：综上所述，无人机搭配倾斜摄影技术为新时期实景三维建模提供全新思路和方法，和传统建模技术相比，该方式更为精准、快捷。倾斜摄影能够对目标项目实施多角度信息采集，得到更加全面的项目地形信息，因此在该技术支持下创建实景三维模型可以提升建模精度，综合分析各个检查点，初步确定该技术下能够得到更为精准的实景三维模型，满足项目实际需求。

参考文献：

[1]王耀.基于无人机倾斜摄影技术的城市三维实景建模研究[J].长春师范大学学报,2023,42(02):103-107.

[2]刘晓菲,房华乐.无人机倾斜摄影测量在城市三维实景建模中的应用及精度分析[J].城市建设理论研究(电子版),2023(04):119-121.

[3]许敏.基于无人机倾斜摄影测量三维建模及精度评价的探讨[J].江西建材,2021(10):103-104.