随着无人机倾斜摄影测绘技术的不断深入和发展，为城市实景三维建模提供了新的技术路径，在智慧城市实景三维建模中具有重要的应用优势和价值。通过实例分析，结合多种建模软件，探讨了无人机倾斜摄影测绘技术在智慧城市实景三维建模中应用的技术路径，为智慧城市建模提供参考和借鉴，同时也为大家做更多解答。
关键词 无人机；倾斜摄影；智慧城市；三维建模本文内容较长，可根据目录进行选读：1.无人机倾斜摄影测绘技术概述及其研究进展
1.2 倾斜摄影测绘技术
1.3 无人机倾斜摄影测绘技术研究进展
2.无人机倾斜摄影测绘技术的应用
3. 无人机倾斜摄影测绘技术在智慧城市三维建模中的应用实例（中维空间）
3.1 数据采集
3.1.1 技术指标和规范
3.1.2 无人机航高设定
3.1.3 空三匹配
3.2 导入街景工厂进行实景三维4.数据影像处理
对智慧城市建设而言，要想确保建设质量和 水平符合高标准要求，需要进行三维建模操作。 由于无人机倾斜摄影测绘技术在城市三维建模 中具有很好地应用价值，故其逐渐成为智慧城市 建设的主要技术手段。然而该技术在实际的应用 过程中需要注意的问题较多，控制难度较大，一 旦控制管理不到位，很有可能导致建模环节出现 问题，最终影响到城市的规划和建设。因此，对于无人机倾斜摄影测绘技术在智慧城市三维建模 中的应用研究，成为当下相关领域工作人员需要 重点把控的问题。 1.无人机倾斜摄影测绘技术概述及其研究进展 1.1无人机飞行原理分析 首先要对无人机飞行器的飞行原理进行有 效掌握，对于无人机飞行器而言，根据旋翼数量 的不同，大致分为单旋翼飞行器和多旋翼飞行器，常见的多旋翼飞行器主要是四轴飞行器，故 本文主要结合四轴飞行器，对无人机飞行原理进 行分析和研究。 相对比单轴飞行器（单旋翼），四轴飞行器由 于具有四个旋翼，故其具有升力大、承载能力强 的特点，但其操作也相对复杂。根据结构不同，四 轴飞行器分为两种，即 X型四轴飞行器和十字型 四轴飞行器。其中十字型飞行相对较为重要，操 作也较为简便，对此本文主要研究十字型四轴飞 行器的飞行原理（如图 1 所示）。
图 1 十字型四轴飞行器
十字型四轴飞行器通过旋翼的高速旋转提 供升力，从而实现飞行器的飞行。在四轴飞行器 飞行过程中，会产生较大的反扭力矩，导致飞行 器出现反向旋转的情况。因此，在十字型四轴飞 行器中，具有上下和左右两组旋翼，两组旋翼的 旋转方向相反，其中上下旋翼为顺时针旋转，左 右旋翼为逆时针旋转（如图 2 所示），通过两组旋 翼的相反旋转，使得上下旋翼产生的顺时针扭力 矩和左右旋翼产生的逆时针扭力矩相互抵消，从 而使四轴飞行器可以在空中保持静止状态。图 2 十字型四轴飞行器旋翼旋转方向
在飞行器飞行过程中，飞行器倾斜的方向便 是其飞行的方向，故其角度决定着四轴飞行器的 飞行方向和速度，倾角越大，飞行器飞行的速度 越快。四轴飞行器的各种姿态动作是由四个旋翼 的转速决定的，其中处于空中静止状态的飞行 器，当对飞行器四个旋翼增加相同的转速时，飞 行器升力大于重力，实现飞行器的上升操作；当 对飞行器四个旋翼减少相同转速时，飞行器升力 小于重力，实现飞行器下降操作；当保持四轴飞 行器左右两个旋翼转速不变时，通过调节上下两 个旋翼的转速，从而实现飞行器的前倾（增加上 方旋翼转速，减少下方旋翼转速）和后仰（增加下 方旋翼转速，减少上方旋翼转速）；同理，当保持 上下两个旋翼转速不变时，通过调节左右两个旋 翼的转速，实现飞行器的左倾（增加左方旋翼转 速，减少右方旋翼转速）和右倾（增加右方旋翼转 速，减少左方旋翼转速）。在调节飞行器旋翼速度 时，转速改变量越大，飞行器的倾斜角度就越大， 飞行器在该飞行方向的速度也就越快。 1.2 倾斜摄影测绘技术 倾斜摄影测绘技术是在无人机飞行器中布 设多台传感器，实现飞行器在多个角度的摄影测 量，以提高图像的清晰度。相对比其他测绘技术， 无人机倾斜测绘技术具有以下优势：第一，真实性强。倾斜摄影测绘技术比以往的正射影像效果 更好，因其可以实现多个角度的摄影测量，故反 映出的事物信息更加真实；第二，在智慧城市建 设过程中，为确保建设水平和质量，需进行城市 三维建模，而摄影测绘技术在城市三维建模中的 应用效果较好，不仅可以实现大规模的成图效 果，还可以有效降低成本投入，故倾斜摄影测绘 技术被广泛应用到智慧城市建设工作中。 1.3 无人机倾斜摄影测绘技术研究进展 起初无人机飞行器主要应用于军事和民用 领域，随着电力技术和信息技术的不断发展，使 得微型处理器的研究变得十分普遍，这给无人机 倾斜摄影系统的研发创造了巨大的便利。例如， 宾夕法尼亚大学的研究人员开发的四轴飞行器， 其主要利用微控制器进行远程控制，即传感器将 数据信息传递到 PC端，经过计算和处理后传回 到飞行器的控制端。PC端主要负责对摄像机发 展图像信息的处理，计算出电机控制量，并且通 过串口发送到飞行器进行电机的控制操作[1]。由 此可见，微型处理器的研发对于无人机倾斜摄影 测绘技术发展而言有着重要的推动作用。无人机 倾斜摄影测绘技术逐渐替代了传统的人工建模 方式，其从影像获取到最终建立三维模型仅需几 天时间，同时精度和真实度更高，成为当下城市 规划建设的重点应用技术。 2.无人机倾斜摄影测绘技术的应用 首先，利用无人机倾斜摄影测绘技术，可以 实现城市化建设中的实景三维建模，特别适用于 当下智慧城市建设中，通过实景三维建模，可以 建立虚拟的城市景观，这极大地提高了区域旅游 业发展；其次，对于智慧城市建设而言，由于其数据信息量较为庞大，所以需要借助无人机倾斜摄 影技术进行影像数据获取和采集，最终搭建三维 地理信息框架，为后续的建设与规划提供指导； 最后，电力是我国经济发展的重要保障，为了促 进我国电力事业发展，将无人机倾斜摄影测绘技 术应用在电力规划中，通过无人机倾斜摄影测 绘，快速建立线路走廊的三维环境，全面准确获 取电力线路带状区域地形地物的平面信息、高程 信息以及实景状态，通过分析和对比，可选取最 适合的方案；还可以利用三维实景模型判断林区 分布，让输电工程有效避开林区，更好地实现高 压输电线路优化目标。 3. 无人机倾斜摄影测绘技术在智慧城市三维建模中的应用实例 本次研究在无人机倾斜摄影测绘数据和影像获取基础上，结合 Inpho、Pix4Dmapper 以及街景工厂等软件，进行实景三维建模，重点探讨无人机倾斜摄影测绘技术在智慧城市三维建模中的应用（无人机倾斜摄影测绘、三维实景建模、可视化案例和服务可进入中维空间 网站查看）。 3.1 数据采集 3.1.1 技术指标和规范 利用无人机倾斜摄影测绘技术进行三维建 模前，需要参考《1∶500、 1∶1000、 1∶2000 地形 图航空摄影规范》 （GB/T15661- 2008），对区域实 际情况进行分析，其技术指标包括以下几点：第 一，该技术所获取的影像为真彩色数字影像；第二，要想确保影像分辨率更高，需要确保航向重 叠度和旁向重叠度达到 75％；第三，对于不符合 规范的影像图，要进行补摄操作。 3.1.2 无人机航高设定 摄影测绘技术所获得的影像分辨率高低很大程度取决于无人机飞行的高度，其计算公式如下： 式中， h 表示无人机飞行器的相对飞行高度；f表示数码摄像机的镜头焦距； α 表示像元 尺寸；GSD表示地面分辨率。 3.1.3 空三匹配 在 Inpho 软件中新建处理工程，选择 EditCamera 编辑相机参数，填入影像分辨率、焦 距 、 像元尺寸等参数，之后在 Frame PhotoImporter 中导入下视影像，下一步点击GNSS/IMU Importer 导入精度 EO信息。接下来 进行影像处理，选择 start Automatic Interior Orientation（AIO），开始建立金字塔影像，自动采 集连接点，采集结束后会列出所有图像的类型和 状态，此时主要查看道路、十字路口、绿化地块等 地点的接边情况，这些地区高程较低，匹配效果 较好。如果效果不理想，重新执行 AIO反复优 化，直到下视影像中的建筑、地物视觉上看起来 形成一张图的效果，即可导出 EO 信息，此时文 件已完成影像的畸变差修正，再导入街景工厂进 行建模（如图 3 所示）。
图 3 下视影像的内定处理结果
3.2 导入街景工厂进行实景三维研究使用街景工厂软件作为三维建模 软件，不仅可以进行空三细节调整，还可以有效 确保模型精准度，故在智慧城市三维实景建模中 具有重要应用价值。将上述处理的 EO文件进行 导入，再进行手动匹配连点，标准原则是每个照 片匹配五十个点，街景工厂生产的实景三维模型 （如图 4 所示）。 4.数据影像处理 无人机倾斜摄影后期处理采用 Context Capture 软件对采集的数据进行三维建模，智慧 城市倾斜摄影建模采用高精度、高效率、一体化 的自动建模技术，建立测区三维模型，该技术集 倾斜摄影、空中精密定位和基于密集匹配的自动 建模技术于一体，详细如下：（1）工程建设的数学 基础。数据采集的坐标系统采用 WGS84 坐标系， 三维模型数据采用以测区几何中心为原点的 ENU坐标系统；（2）多级分辨率融合三维自动建
图 4 街景工厂生产的实景三维模型
模流程。无人机数据采集与地面数据采集同步进 行，采用 Context Capture 软件，结合影像的外方 位元素，进行全自动空三解算，同时利用无人机 与地面采集的影像数据，采用人工智能交互技术 将数据进行融合，生成一体化的三维模型。以测 区几何中心为坐标原点，设立 ENU笛卡尔坐标 系，将模型按照该坐标系进行输出，对数据生产 过程中的重要环节进行检查控制，直到符合项目 质量要求为止。 本文先以四轴飞行器为例，论述无人机飞行 原理以及倾斜摄影测绘技术在智慧城市实景三 维建模中的重要性，接着在无人机倾斜摄影测绘 技术的基础之上，结合了 Inpho、Pix4Dmapper 以 及街景工厂等建模软件，进行了实例分析。分析 结果显示：基于无人机倾斜摄影测绘技术的城市 三维建模效果较好，分辨率较高，可以在智慧城 市建设中进行有效应用和推广。
