導(dǎo)語(yǔ)：傾斜航空攝影在城市建設(shè)的應(yīng)用一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：傾斜航空攝影建模逐漸取代傳統(tǒng)手工建模，成為安徽省數(shù)字城市三維建設(shè)的主要技術(shù)手段。介紹了單一傾斜航空攝影建模方式和傾斜航空攝影與LiDAR數(shù)據(jù)相結(jié)合建模方式的技術(shù)路線，比較了二者的優(yōu)劣，并展望了傾斜航空攝影建模成果在數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)中的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：傾斜航空攝影；數(shù)字城市地理空間框架；LiDAR

數(shù)字城市以地理空間框架為定位基準(zhǔn)，集成城市自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、人文、環(huán)境等綜合信息，基于網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn)城市信息的廣泛共享，代表了城市信息化的發(fā)展方向，是推動(dòng)整個(gè)國(guó)家信息化的重要手段。數(shù)字城市地理空間框架既是一個(gè)城市的空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)，也是國(guó)家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的基本組成部分，是信息集成的載體和數(shù)字城市不可或缺的基礎(chǔ)支撐。安徽省自2008年啟動(dòng)數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)以來(lái)，地級(jí)市的建設(shè)已接近完成，不少地市已開(kāi)始進(jìn)行更新維護(hù)和數(shù)字縣域的建設(shè)工作。在建設(shè)和更新的過(guò)程中，應(yīng)不斷采用新技術(shù)、新方法，以提升建設(shè)效率、擴(kuò)大應(yīng)用范圍。傾斜航空攝影技術(shù)作為一種重要的新技術(shù)，逐漸在安徽省得到了廣泛應(yīng)用，并取得了良好效果。傾斜航空攝影是在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)傳感器（目前多為五鏡頭相機(jī)）獲取地物信息的新型航空攝影方式。與傳統(tǒng)航空攝影不同，它采用5個(gè)鏡頭同時(shí)獲取下、前、后、左、右的影像數(shù)據(jù)，并配合慣導(dǎo)系統(tǒng)獲取高精度的位置和姿態(tài)信息，再通過(guò)特定的數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行處理[1-2]。傾斜航空攝影除了可生產(chǎn)4D數(shù)據(jù)外，更可通過(guò)高分辨率的傾斜影像從不同角度獲取地物的結(jié)構(gòu)和紋理信息，再利用后期專業(yè)軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化建模。相較于傳統(tǒng)人工建模方式，該方法可真實(shí)還原現(xiàn)實(shí)世界，模型精度高，模型尺寸精準(zhǔn)可量測(cè)，實(shí)用性相對(duì)更強(qiáng)；效率上也非傳統(tǒng)人工方式可比，對(duì)于山峰、復(fù)雜建筑等人工建模難以完成的地物均可很好地建模還原[3]。同時(shí)，一次航攝可獲取三維、DOM、DEM、DLG等多種數(shù)據(jù)產(chǎn)品，非常適合在數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)中使用[4]。在安徽省數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)中，六安市和黃山市率先使用了傾斜航空攝影技術(shù)，但所采用的技術(shù)路線有所區(qū)別。六安市采用機(jī)載多角度傾斜航空攝影系統(tǒng)、機(jī)載激光掃描系統(tǒng)對(duì)約63km2的范圍進(jìn)行航空攝影，獲取全市高精度三維傾斜影像數(shù)據(jù)和DEM；再利用武漢華正的真三維快速構(gòu)建平臺(tái)建立覆蓋全市的真三維場(chǎng)景，把一個(gè)真實(shí)的全視角的三維立體六安展現(xiàn)在政府部門和社會(huì)公眾面前。黃山市僅采用多角度傾斜航空攝影系統(tǒng)對(duì)主城區(qū)和黃山風(fēng)景區(qū)進(jìn)行航空攝影，再利用Bentley公司研發(fā)的ContextCapture全自動(dòng)三維建模軟件生成三維模型。ContextCapture軟件無(wú)需LiDAR數(shù)據(jù)輔助，代表了全球相關(guān)技術(shù)的最高水準(zhǔn)。本文比較了兩種方法的技術(shù)流程和成果，以期在數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)和更新中更好的應(yīng)用。

1傾斜航空攝影結(jié)合LiDAR數(shù)據(jù)建模

六安市是安徽省首個(gè)在數(shù)字城市建設(shè)中使用傾斜航空攝影建模技術(shù)的城市，2014年采用傾斜航空攝影與LiDAR數(shù)據(jù)相結(jié)合的方式完成了主城區(qū)63km2的三維場(chǎng)景建設(shè)。之前的城市普遍采用人工建模方式，六安市在總結(jié)之前城市經(jīng)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，人工建模造價(jià)高，周期長(zhǎng)，數(shù)據(jù)精度差，除了瀏覽并無(wú)太多實(shí)用價(jià)值，所以選擇了已經(jīng)成熟的傾斜航空攝影建模技術(shù)。六安市采用機(jī)載多角度傾斜攝影系統(tǒng)SWDC-5獲取建模區(qū)域的傾斜影像，測(cè)區(qū)航向重疊度為60%，旁向重疊度為50%，傾斜攝影不僅能得到地物的頂部紋理，而且可采集到地物的側(cè)面紋理；采用LiDAR掃描系統(tǒng)ALS60獲取測(cè)區(qū)的激光點(diǎn)云，格網(wǎng)分辨率為0.65m，通過(guò)對(duì)采集到的LAS文件進(jìn)行處理，可得到建筑物的幾何模型。六安市以獲得的傾斜影像和激光點(diǎn)云為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)預(yù)處理、點(diǎn)云模型優(yōu)化、真三維模型自動(dòng)生成、真三維紋理自動(dòng)映射等步驟獲取了真三維成果數(shù)據(jù)，技術(shù)路線如圖1所示。激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的介入是這一技術(shù)路線的特點(diǎn)，將LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理技術(shù)與傳統(tǒng)的航空攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理技術(shù)相結(jié)合，共同完成三維精細(xì)建模，形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。由于建筑物表面的特征非常明顯，有利于LiDAR技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)驗(yàn)表明一般城市LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)的絕對(duì)精度保持在0.15m，甚至更高，這樣的數(shù)據(jù)精度保證了其在城市建模項(xiàng)目中應(yīng)用的可行性。利用LiDAR掃描設(shè)備獲取測(cè)區(qū)點(diǎn)云數(shù)據(jù)后，不僅能準(zhǔn)確、快速地獲得建筑物高度，還能通過(guò)點(diǎn)云生成的DSM自動(dòng)生產(chǎn)模型數(shù)據(jù)[5]。對(duì)比單一傾斜航空攝影方式的建模方法，地面分辨率均為8cm的航片，由于LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)的介入，其幾何完整性和精度都要高出很多（圖2）。然而，采集LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)將大大增加經(jīng)濟(jì)成本，不僅外業(yè)采集成本增加，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理工序也相對(duì)復(fù)雜，需要更多的專業(yè)化軟件支撐，自動(dòng)提取的建筑物點(diǎn)云數(shù)據(jù)邊緣呈顆粒狀，也需投入更多的人力進(jìn)行干預(yù)，將建筑物邊緣還原為本來(lái)光滑整齊的形狀。

2單一傾斜航空攝影建模

黃山市是安徽省第一個(gè)完成數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)的城市，2010年建設(shè)時(shí)采用傳統(tǒng)人工建模方式完成了核心城區(qū)25km2的三維模型建設(shè)。鑒于傳統(tǒng)人工建模方式的不足，2015年更新時(shí)黃山市采用傾斜航空攝影建模技術(shù)對(duì)核心城區(qū)的三維場(chǎng)景進(jìn)行更新，并陸續(xù)制作了屯溪區(qū)15km2地面分辨率為8cm的三維模型、屯溪區(qū)25km2地面分辨率為4cm的三維模型和黃山風(fēng)景區(qū)160km2地面分辨率為8cm的三維模型。與六安市不同，黃山市以高重疊度的傾斜航空影像為唯一數(shù)據(jù)源，通過(guò)多視角影像的密集匹配，自動(dòng)建立三維模型；后期通過(guò)少量的人工介入，去除自動(dòng)處理過(guò)程中產(chǎn)生的局部缺陷[6]。傳統(tǒng)的空三解算無(wú)法很好地處理傾斜攝影數(shù)據(jù)，而多視角影像聯(lián)合平差需充分考慮影像之間的幾何變形和遮擋關(guān)系，因此傾斜攝影空三平差處理最重要的是如何將垂直下視影像與傾斜影像進(jìn)行聯(lián)合平差。利用ContextCapture軟件，結(jié)合POS系統(tǒng)提供的外方位元素和相機(jī)安裝位置關(guān)系，可模擬包括傾斜影像在內(nèi)的所有影像的地表投影范圍。采用由粗到精的金字塔匹配策略，在各級(jí)影像上進(jìn)行同名點(diǎn)自動(dòng)匹配和自由網(wǎng)光束法平差，得到較好的同名點(diǎn)匹配結(jié)果。同時(shí)，通過(guò)建立連接點(diǎn)和控制點(diǎn)坐標(biāo)文件，結(jié)合GPS/IMU信息，實(shí)現(xiàn)多視角影像自檢校區(qū)域網(wǎng)平差迭代計(jì)算，通過(guò)多次反復(fù)聯(lián)合解算，最終得到符合精度要求的平差結(jié)果[7]。ContextCapture軟件在三維重建過(guò)程中能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)計(jì)算，根據(jù)內(nèi)部規(guī)則算法，自動(dòng)選擇在對(duì)面視角上的最佳像對(duì)模型，最終形成三維尺度的密集點(diǎn)云。點(diǎn)云隨后自動(dòng)轉(zhuǎn)換為TIN結(jié)構(gòu)，并將由于圖像匹配錯(cuò)誤而引起的TIN刪除和修復(fù)；再根據(jù)內(nèi)在幾何關(guān)系，對(duì)TIN模型進(jìn)行平滑和優(yōu)化，達(dá)到最佳的三維表達(dá)效果。根據(jù)三維TIN的空間位置信息，自動(dòng)尋找最佳視角影像，并完成模型紋理的構(gòu)建，形成完整且真實(shí)的三維模型體。單一傾斜航空攝影建模技術(shù)路線如圖3所示。與結(jié)合LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)的建模方式相比，該方式只需獲取單一的傾斜影像數(shù)據(jù)，成本相對(duì)較低，且獲取方式更靈活，內(nèi)業(yè)處理工序相對(duì)簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高。近年來(lái)，隨著旋翼無(wú)人機(jī)、固定翼無(wú)人機(jī)的快速發(fā)展，通過(guò)無(wú)人機(jī)搭載傾斜航攝相機(jī)獲取高分辨率傾斜影像已成為主流，影像分辨率的提高完全可彌補(bǔ)缺少LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)致的幾何完整性不足，且單一數(shù)據(jù)源的處理更為便捷，因此發(fā)展迅速，已成為傾斜航空攝影建模的主流方式[8]。

3結(jié)語(yǔ)

三維城市建模是數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)的重要內(nèi)容，傾斜航空攝影建模克服了傳統(tǒng)手工建模精度差、效率低、實(shí)用性差的弊端。本文介紹了傾斜航空攝影建模在安徽省數(shù)字城市地理空間框架中的應(yīng)用，并討論了兩種建模方式的技術(shù)流程以及優(yōu)缺點(diǎn)。今后將重點(diǎn)研究?jī)A斜航空攝影建模三維成果在大比例測(cè)圖、不動(dòng)產(chǎn)登記和景區(qū)宣傳推介等方面的應(yīng)用，以期更好地發(fā)揮傾斜航空攝影技術(shù)在數(shù)字城市地理空間框架中的應(yīng)用價(jià)值。

作者:趙超 侯恩兵 單位:1.安徽省基礎(chǔ)測(cè)繪信息中心 2.安徽省智慧城市與地理國(guó)情監(jiān)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室