目前無人機航拍技術在建筑、軍事、規劃、災害監測等領域的應用越來越廣泛。然而，普通的無人機只能從地物頂面進行拍攝，獲得的遙感影像為二維平面影像。該類遙感影像無法看到地物的側面紋理信息，為了使航拍影像更加多的展示地物全貌，無人機航拍技術必須實現對地物三維信息的獲取。目前無人機航拍技術與傾斜攝影測量技術結合，使得采用無人機航拍影像進行地物三維模型構建成為可能。如今越來越多的研究人員采用無人機航拍影像構建地物三維模型，如李軍、魯恒等進行了地震災區三維模型構建，王植等進行了露天礦三維模型構建，李紅林等進行了京滬高鐵三維模型構建等等。在地震災害的形成過程中，以建筑生產線的損毀最為常見和頻繁，其中房屋基礎數據的調查與收集是建立防震減災對策最為重要和難度最大的工作，房屋數據是評估城市抗災能力的基礎，也是預測區域災害損失必不可少的數據之一。目前房屋基礎數據的獲取主要靠野外調查，如在2000年，合肥市地震局依托“合肥市防震減災示范研究與應用”項目開展了合肥市房屋基礎數據野外調查，并建立了合肥市房屋基礎數據庫;2008年中國地震局地質所、四川省地震局等單位依托地震行業專項開展了南北地震帶房屋基礎數據抽樣調查等。野外調查耗時耗力，為更好的獲取房屋建筑的高精度數據，本文中采用目前較為流行的傾斜攝影測量技術進行建筑三維模型構建，為建筑物數據的獲取提供基礎。

　　1 研究方法

　　傾斜攝影是指采用具有一定傾斜角的航攝相機所獲取的影像。傾斜攝影測量技術主要是在同一遙感信息采集平臺上搭載多臺傳感器，可同時從垂直、傾斜等不同角度采集地面物體更加完整準確的信息，是近年來國際測繪遙感領域中發展起來的一項高新技術。基于傾斜攝影測量技術構建的場景三維模型，可以真實展現地物全方面紋理信息，同時經過對無人機航攝像片及其對應的POS信息進行的空三解算，可以使構建的三維模型具有更加精準的空間位置關系。本文中采用無人機傾斜攝影測量數據進行區域三維模型重建，展現研究區各類建筑物真實面貌，精度高、紋理清楚，為房屋建筑類型、房屋占地面積、房屋建筑面積等基礎信息的獲取提供基礎。

　　采用無人機傾斜攝影測量技術實現區域建筑物三維模型構建，需要解決以下3個方面的問題。

　　1）影像預處理

　　首先需要對采用無人機傾斜攝影測量技術獲取的遙感影像進行質量篩選，去除飛機起飛、降落期間的影像以及畸變和模糊的影像，同時對應處理POS信息，以提升后續三維模型構建的效率以及精度。

　　2）特征提取

　　在采用無人機傾斜攝影測量技術進行建筑物三維模型構建過程中，需根據獲取的無人機航拍影像的特點及研究區的特點進行提取算法的選擇以及優化。

　　3）三維結構解算

　　采用無人機傾斜攝影測量技術獲取的遙感影像與對應的POS信息進行研究區三維模型構建，首先需要進行點云模型構建。對于無人機航拍的遙感影像，首先要進行相對定向，完成每一景影像的相機位置的估計，恢復遙感影像在空中成像時的相對位置;其次進行稀疏點云重建，從無人機傾斜攝影測量技術獲得的一系列不同角度的圖像中尋找同名點，使得同名光線對對相交。根據同名點對利用空中三角測量，計算出圖像的空間位置并估算圖像相機參數。然后根據遙感影像自身特征計算出密集的三維點云，完成點云模型構建。通過獲得的點云模型計算研究區數字正射影像（DOM）及不規則三角網，進而獲得城市二維平面地圖及三維模型。

　　POS數據記錄了無人機傾斜攝影測量技術獲得的遙感影像在成像時的影像名稱，影像中心位置（經度、緯度、絕對航高）與無人機飛行的姿態（航向角、俯仰角、橫滾角）。可用來進行三維結構解算。

　　2 基于傾斜攝影測量技術的建筑物三維模型構建

　　2.1 測區概況

　　本次無人機航測的區域為吐魯番市主城區，吐魯番市位于新疆維吾爾自治區中東部，天山南麓，吐魯番盆地中部。吐魯番市與毗鄰的鄯善縣、托克遜縣共同隸屬新疆維吾爾自治區吐魯番地區。吐魯番市有維吾爾族、漢族、回族等民族。

　　吐魯番市的地勢主要為北高南低中間凹。北部有火焰山橫貫吐魯番市，地勢較高;中部為平原區，地勢低洼;南部兼有山丘、戈壁、荒漠三種類型，地勢較中部平原區略高。吐魯番屬典型溫帶大陸性氣候，氣候干燥少雨。吐魯番市太陽輻射較強，夏季溫度較高。本次無人機航測的區域位于吐魯番市中部平原區，作業區域為平地，無人機航飛當日無風，能見度較好。

　　2.2 外業數據獲取

　　2014年4月12日，研究小組采用無人機低空影像采集平臺采集了吐魯番市主城區影像信息，無人機飛行平臺上搭載了五臺面陣相機作為傳感器，從前視、后視、左視、右視、下視5個角度獲得地物信息，每一點位按照固定程序同時曝光拍攝五張影像。獲取的影像數據地面分辨率為59mm，航向重疊度為80%，旁向重疊度為70%，航攝儀為SONY相機，焦距35mm。

　　本次航飛的無人機自帶IMU/DGPS系統，可以在航飛時自動獲取并計算每一景影像對應的POS數據。其中IMU系統主要由陀螺儀、加速度計、數字化電路、中央處理器等部分組成，可以獲取無人機的速度、方向等信息。GPS系統包含GPS接收機，在搜索GPS衛星信號的同時，完成無人機位置信息的計算。

　　2.3 建筑物三維模型構建

　　經過航飛后，無人機低空影像采集平臺采集了吐魯番市傾斜攝影測量數據，本研究提取了主城區尤其是吐魯番市人工湖、博物館附近主要區域，相鄰4條航線，共20個空間位置數據，每個空間位置有前視、后視、左視、右視、下視5景影像共100 景影像，進行區域三維模型構建。提取的100景影像的相機空間位置分布如圖3左圖所示。提取的數據經過影像質量篩選，剔除了飛機起降及畸變、模糊的影像，同時提取與每一景影像相對應的POS信息，以提升后續三維模型構建的效率及精度。

　　在準備好無人機航拍影像和對應POS信息的基礎上，進行研究區建筑物三維模型的構建。首先進行空中三角測量，在進行空三時，需要對影像中的同名點進行識別，本研究在進行空三時，加入了地面連接點，以提升數據匹配精度，連接點的空間分布所示，地面連接點在航測區域內均勻分布并覆蓋整個區域，實現了區域影像數據位置的精準控制。

　　3 結論與討論

　　本文中采用目前較為流行的傾斜攝影測量技術完成了區域大重疊度無人機遙感影像三維模型構建，打破了傳統遙感影像僅采集建筑物屋頂信息的局限性，獲取了研究區建筑物的三維紋理信息，可更好的為災害評估、應急救援、震后重建等工作服務。

　　（1）本文中提出了基于傾斜攝影測量技術的吐魯番市主城區三維模型構建方法，本方法構建的模型紋理清晰，更加真實，同時針對一系列不同角度的無人機航拍影像的處理過程全自動化，建模效率高。

　　（2）本文中建立的研究區正射影像圖及建筑物三維模型總體精度較高，可結合3S技術快速判讀建筑物占地面積、建筑面積及建筑物類型等信息，為地震災害主要承災體——建筑物數據的獲取提供了基礎。補充了現有數據獲取主要靠野外調查的不足。

　　（3）受數據處理硬件設備的限制，對大區域的三維場景實現一次性構建較難，本研究僅提取吐魯番市部分區域作為研究區進行三維模型構建，若進行工程化大區域數據獲取，可采用分塊建模再拼接方式或采用提升硬件配置等方式解決。

　　（4）傾斜攝影測量數據為無人機低空數據采集平臺搭載的五臺面陣相機按一定角度在同一時間拍攝形成，受飛行高度及角度限制，地面部分區域存在遮擋，地面低處三維模型質量欠佳，若進行精細模型構建，可采用第三方軟件集成地面采集數據進行模型精修，完成精細重建。

　　本研究僅考慮了采用傾斜攝影測量技術進行研究區建筑物三維模型構建的方法，今后可進一步進行模型精修，獲取高精度三維模型，并進行相關數據提取技術研究，深化三維模型在防災減災方面的應用力度。

　　責任編輯：gt