倾斜摄影拍照技术是测绘领域近年来展开起来的一项高新技术，可通过在同一翱翔途径搭载多台传感器，从一个垂直、四个倾斜这5个视点同步曝光采集形象，获取真实地物信息，并选用后处理软件构建实景三维模型。近年来，无人机技术得到快速展开，它以高效、便利、本钱低一级利益，完成了城市区域三维现象的快速构建及更新。为此，本文选用Smart3D对无人机倾斜摄影数据进行快速建模，并对数据处理进程以及存在问题进行总结。

　　1.无人机倾斜摄影测量发展现状

　　在国外，无人机通常会加载高精度POS，后期数据处理自动化程度高，但购买费用较高。在国内，早期的无人机倾斜摄影测量技术主要用汽油机动力固定翼无人机搭载非专业航测相机进行，例如利用佳能5D等进行航拍，主要用于DEM、DOM以及区域范围DLG的生产。

　　随着无人机技术迅猛发展，电动固定翼、多旋翼以及动力三角翼等新型低空飞行器逐渐应用于测绘行业。倾斜摄影测量系统在国外发展较早，例如天宝公司的AOS系统等，主要基于大飞机采用专业的航空倾斜相机进行航拍，获取地面多视角的影像信息。在国内，刘先林院士团队率先研发出的SWDC-5是国内第一台专业航空倾斜相机。当前，将无人机技术与微型倾斜摄影技术有效结合进行低空无人机倾斜摄影测量己经成为新兴的研究热点。例如，北京红鹏天绘科技有限责任公司研发的微型无人机倾斜摄影系统可以对特定区域进行快速三维建模，并为测绘、规划、应急、公安、旅游文化等行业提供低廉、高效、敏捷的数据支持与服务，提高了精细三维数据灵活快速的获取能力。

　　在无人机倾斜摄影数据后处理方面，国外软件的自动化程度较高，例如法国像素工厂的PixelFactory等；国内较为成熟的软件有PixelGrid、DPGrid等系统以及武汉航天远景科技有限公司的DATMatrix，均支持无人机影像数据，可以进行空三加密和后期4D产品生产。目前，基于无人机倾斜影像进行快速三维建模的软件，国外主要有空客防务与空间她理信息公司的StreetFactory，法国Acute3D公司的Smart3D等，它们通过导入相关原始数据即可自动生产三维模型；而国内目前尚无该类全自动建模软件，但有很多积极有效的实践，例如武汉天际航信息科技有限公司开发的DP-Modeler可实现基于倾斜影像的高精度手工建模。

　　2.技术路线及实施方案

　　目前，主流倾斜摄影的后处理软件系统数据处理方式是通过数据资料分析和预处理，排除资料先天缺陷，确保用于建模的数据和资料完整、格式正确。总体技术路线(图1)为：①将倾斜影像进行空中三角测量，获得所有影像的高精度外方位元素；②基于畸变校正后的倾斜影像和高精度的外方位元素通过多视影像密集匹配，获得高密度三维点云，构建城市3DTIN模型；③根据3DTIN每个三角形面片的法线方程与二维图像之间的夹角选择相对应的最佳纹理信息，实现纹理的自动关联；④输出并获得城市真三维模型成果。

　　2.1原始数据准备

　　原始数据主要包括多视影像、POS数据和外控成果。需要将原始影像进行检查整理，其航向重叠度不宜小于80%，旁向重叠度不小于50%，可根据不同相机视角进行分类储存，且不需出现中文目录。为了控制和消除由于数字积累误差造成的远距离几何失真，需加入POS数据和外控点成果。

　　2.2倾斜影像联合空中三角测量

　　倾斜影像中不仅有垂直摄影数据还包括大倾角侧视摄影数据，因此传统的同名像点自动量测算法已不适用于倾斜影像。以倾斜摄影瞬间POS系统的观测值作为多角度倾斜影像的初始方位元素，根据成像模型，可计算每个像元的物方坐标。利用基于物方的多基线多特征匹配技术可生成倾斜影像之间大量的连接点，结合少量的外业控制点通过区域网平差，可实现多视角联合空中三角测量，最终生成空三报告(图2)。该报告可以用于理解场景和图像的空间结构并且直接应用于下一步匹配和建模。

　　2.3匹配生成密集点云

　　多视影像密集匹配能得到高密度数字点云，通过优化构网算法构建数字表而模型(DSM)可用于后期模型构建及正射影像生成。倾斜影像联合空三后解算出各影像的外方位元素，分析并选择最佳影像匹配单元进行特征匹配和逐像素级匹配，引入并行算法，可以提高计算效率。在获取高密度DSM数据后，可进行滤波处理，即将不同匹配单元进行融合，形成统一的DSM(图3)。由于部分影像存在遮挡或者缺少足够的同名点信息，因此会造成匹配精度不高，生成的模型不够精确，也会影响后期真正射影像的自动生成，这些问题需要人工编辑修改进行解决。

　　2.4构建TIN模型

　　经过密集匹配获得的高密度点云数据量很大，需要进行切割分块。可根据计算机性能以及设置的优先级别对切块的点云数据进行不规则三角网构建。具体为：①利用同一地物不同角度的影像信息，采用参考影像不固定的匹配策略逐像素匹配；②基于多视匹配的冗余信息，避免遮挡对匹配产生的影响，再引入并行算法提高计算效率以快速准确地获取多视影像上同名点坐标，进而获取地物的高密度三维点云数据；③基于点云构建不同层次细节度(LevelsofDetail)下的三角网(TIN)模型。通过对三角网优化，将内部三角的尺寸调整至与原始影像分辨相匹配的比例，同时通过对连续曲而变化的分析对相对平坦地区的三角网络进行简化，降低数据冗余，获得TIN模型矢量架构(图4)。

　　2.5自动纹理关联

　　自动纹理映射主要基于瓦片技术，即将整个建模区域分割成若干个一定大小的子区域(瓦片)，基于集群处理系统的并行处理机制将每个瓦片打包建立成为一个任务自动分配给各计算节点进行模型与纹理影像的配准和纹理贴附，同时为带纹理的模型建立多细节、多层次的LOD，便于优化相应的文件组织结构，提高模型分层次浏览的效率，从而生成最终的三维场景(图5)。

　　3.建模过程中存在的问题及建议

　　采用Smart3D进行三维建模，其自动化程度较高，但生成的三维模型会存在一些错误需要修正：如部分模型边缘细节表现不够准确;个别地面、水面及建筑物侧面纹理缺失;部分地形存在变形并与实地不一致(例如道路路而)等。产生这些错误主要是由于多相位影像建筑物遮挡或植被、水面等影像明显特征点较少造成同名影像匹配较少，从而影响DSM精度和切片纹理的缺失和错位造成的。

　　针对这些问题，需要将有问题的模型进行修正。常用的修正方法是：①通过Smart3D的模型修正功能对几何模型或贴图进行修正，之后再导入对应的瓦片并重新针对新导入的几何模型自动重新生成贴图，或者直接导入包含修正贴图的模型进行下一步数据生产导出(也可以将模型导入第三方建模软件进行修补处理，例如可以导入DP-Modeler对自动建模成果进行精修)；②对建筑变形部分进行修补；③对地面上部分模型进行精细重建；④对非单体模型进行单体化并挂载属性信息，使其达到后期三维GIS的应用要求。

　　4.结语

　　(1)基于倾斜摄影测量技术，利用Smart3D软件，经过倾斜影像联合区域网平差、多视影像密集匹配和纹理映射等环节，可快速构建真实、直观的三维模型，其自动化程度高，作业周期短，生成成本低。

　　(2)但生成的模型受多种因素制约，尚存在部分瑕疵，需通过自身的修补功能或者导入第三方软件进行编辑处理方式才能生产出规范标准的三维模型。该方法适合快速构建区域范围内的三维场景，可用于自然灾害监测、城市规划监管、文物保护等领域。

　　(3)无人机倾斜摄影测量技术给三维空间信息产业带来了新的发展机遇，为政府和公众提供了新的一体化服务和解决方案，将成为摄影测量学发展的一个新方向。

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