城市高樓與高山等高落差區域傾斜攝影三維建模

一、引言

無人機航測相對于傳統測繪來說，具有作業周期短、作業成本低、適用范圍廣等特點，是傳統測量行業的有效補充。但在某些區域，由于測區地形落差較大，傾斜攝影相機無法籠統的規劃所有航測任務，需要根據不同場景運用不同的解決方案。

實景三維重建平臺在此整理了z具典型性的城市高樓區域和高落差山地地形的航測注意事項，以幫助客戶減少作業風險，節省作業成本，提高作業效率。

二、城市高樓區域數據采集

隨著實景三維中國項目即將開展，智慧城市建設項目也將迎來增長，城市區百米以上高樓的建模任務是繞不開的話題。傾斜攝影技術雖然在建筑普遍低矮的農村地籍測量項目中應用良好，但是在高樓區域的運用上卻存在較大問題。

1. 高樓航飛的建模難點

在現目前的技術水平下，隨著建筑物高度增加，建模的難度就會提升。一是高樓會增加作業的風險，無人機撞高樓或者失控傷人概率增加。二是隨著樓高增加，高層的高樓部分重疊度急劇下降，導致模型樓頂拉花，空洞嚴重。

△某百米高樓建模效果

2.高樓航飛解決方案

一般來說，相機的視場角是由傳感器尺寸和焦距決定，航測相機的視場角是固定的，相機相對被攝物體越遠，拍攝的內容物就越多，距離越近拍攝范圍就越小。

在城市區域作業時，由于樓層過高的原因，高樓上層區域和地面的重疊率會有明顯區別，樓層越高，重疊率不足越嚴重，模型頂部出現空洞、拉花、扭曲等現象的概率也就越大。

為解決高樓對重疊率的影響，可以用以下幾種方法：

- 增大飛行重疊率

以很高的重疊率飛行來保證樓頂實際重疊率，這種方法適用于高樓密布的測區。一般而言，航拍時覆蓋的影像越多，所包含的空間和紋理信息就越多，建模的效果就會越好。對于高樓而言，適度的提高重疊度對于模型效果有很大的改善。

不過，過高的旁向重疊度會急劇降低外業數據采集的效率和內業數據處理的效率，空三分層等問題的概率也會提升。所以建議客戶根據實際情況，合理增大飛行重疊率。

- 部分補飛

對于高樓不多的測區，大多按照航向80%，旁向70%的重疊率進行飛行作業，針對重疊度不夠的高樓可以后續再進行單補飛。

- 增大相機焦距

在分辨率、重疊度相同的條件下，長焦距鏡頭能夠增加樓頂的實際重疊度和保證足夠安全的航飛高度，實現高樓更好的建模效果。

不過，研發人員在實驗時發現，利用長焦距鏡頭采集的數據和圖像信息在建模時出現了比較嚴重的屋檐下拉花現象，這是因為在地面分辨率相同的情況下，鏡頭焦距越長，無人機航高越高，屋檐下面的盲區就越多。如下圖所示，相對于短焦鏡頭來說，長焦鏡頭被遮擋的視野更多。

因此，對于傾斜攝影而言，并不能單追求焦距的長或者短。焦距的長短與模型的效果、航飛效率等密切相關。航高與建模效果存在一定的矛盾關系。

三、山地航飛

高落差山地區域的數據采集與建模任務同樣讓人頭疼，特別是在云貴川某些地形起伏較大的區域，常規的作業方式難以滿足項目需要。

1. 山地航飛的建模難點

由于山地高低落差較大，普通的飛行方式滿足不了重疊率和分辨率的統一，容易存在地勢較低地區重疊率高、分辨率低，地勢較高地區重疊率低、分辨率高的問題，造成數據處理空三分層或者建模后效果差的問題。

2. 山地航飛解決方案

為避免以上問題的出現，山地飛行一般采取以下幾種飛行方式

- 分層飛行

高低落差大的區域單一飛行高度無法滿足建模要求，采取隨山地起伏進行分層的方法飛行，盡量保證飛機相對于山體的高度一致。需注意以下幾點：

單層航線比較小的話，可以一個航線飛完暫停，重新上傳下一個航線，不用重新起降飛機，節省電。

分層航線注意每次換航線之前更改合適的返航高度。

- 仿地飛行

地面站導入測區DEM高程文件，基于高程文件生成相對于地面高低起伏的航線用于航飛建模此方式多用于多旋翼。

不過仿地飛行需要導入數字高程模型，設置航點，事先需要先飛行一次，與分層飛行方式相比，增加了作業時間和作業量。此外，仿地飛行無法對高壓線等高層危險物做出很好的規避，在實際作業中，的確有客戶因為沒有設計好航線造成無人機掛高壓線或者撞基站的情況發生，所以建議客戶根據實際情況，合理使用仿地飛行。

△航片中的基站

- 貼近攝影測量

貼近攝影測量是利用拍攝設備貼近物體表面攝影，獲?。▉喞迕准墸└咔逵跋?，并進行攝影測量處理，從而恢復被攝對象的精確坐標和精細形狀結構來解決精細三維模型，彌補了其他攝影測量無法達到的精度要求，可以為建筑物、地質等物體的數字化重建提供一種有效的補充手段。

某些山區高低落差過大，坡度過陡，分層飛行和仿地飛行都無法有效解決，這時利用無人機進行立面掃描可有效解決高落差、坡度陡山區的立面測量。

貼近攝影測量總結

“貼近”與“傾斜”融合，通過兩種方式進行融合來提高模型的精細程度。優化拍攝方式，加上每組照片的位置信息。把技術應用到項目中。

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