引言随着无人机技术的快速发展及其民用化程度的不断提高，无人机相关应用领域的技术研究也在不断拓展。低空无人机测绘是近年来发展迅速的活跃研究领域。无人机作为一种便捷、高效、低成本的飞行平台，弥补了传统航测成本高、飞行窗口要求高、生产组织困难等诸多缺点。
低空飞行平台搭载多种航空传感器后，可获取地面影像或扫描点云数据。这些数据不仅可以用于正射影像制作、多光谱影像分析、数字线划制作等传统二维测绘，还可以用于快速实景三维建模，这种建模方法具有人工干预少、效率高、模型场景逼真度高等诸多优点。
软件：1。倾斜实景三维建模软件：CC(Smart3D)软件
2.真实三维模型网页在线发布展示分享平台：图新地球网页端（Wish3DEarth平台）
新地球网络平台(Wish3D Earth Platform)是基于WebGL技术开发的国内实景三维模型的网络发布展示平台。可快速加载TB级斜向实景三维数据，支持多种格式的三维模型，如OSGB实景模型、OBJ人工模型、SKP人工模型、RVT格式BIM模型等。还支持模型单体、3D模型测量与分析、水面特效、日照分析等特效的呈现。此外，它还可以
OSGB倾斜模型浏览器发布展示平台
而传统的建模方法需要大量的地形图、高程图、纹理图等数据，工作量大。因此，斜摄影的三维建模方法自问世以来就引起了人们的关注。近年来，人们对这种建模方法做了大量的研究，其重点表现在以下几个方面：
(1)开发数据源采集设备。国外早期研制成功的航空相机有德国的Penta-DigiCam系统、美国的AOS系统和以色列的A3系统。随后，中国研制了SWDC-5 [1-2]、AMC580、TOPDC-5、双鱼座倾斜相机I和DM5-2010系统。
(2)多源数据联合建模。为了改善航空摄影系统的缺陷，人们也开始寻找将倾斜数据与其他数据源相结合的方法来提高建模精度。例如，宋文平[3]在2015年提出了将倾斜摄影与地面街景耦合的方法，以提高建模精度和模拟程度；2016年，耿中原[4]提出了一种新的基于外部缓冲区和TIN tile金字塔的数据融合算法，以解决倾斜摄影的3D模型与大场景地形等的融合问题。
(3)建模的技术流程。各国出现了很多图像建模软件，常用的有Smart3D、PhotoScan、PhotoMesh、Pix4D、DP-Smart等。人们也对这些软件的使用做过相关的研究。例如，2014年以来，[6]、陈[7]、张馨心[8]和周杰[9]分别对LeicaRCD30、AMC580、A3和5航摄仪获得的地倾斜数据进行实景建模的技术流程进行了研究；2015年，戴[10]对Smart3D建模流程做了系统介绍；2016年，[11]和刘[12]讲解了利用PhotoMesh制作智慧城市产品的过程，以及利用PhotoScan进行三维实景建模的过程。
(4)建模结果的整理和应用。数据的生产是以应用为目的的，因此有目的地对初始建模结果进行处理就显得尤为重要。2014年，沈大勇等人提出了自动提取和重建算法修复模型孔洞；2016年，沈大勇[14]研究了悬浮模型的检测、提取、消除等技术，优化模型结果；林晓虹[15]提出了小构件造型在室内设计中的应用。
由于低空无人机倾斜摄影建模的广阔发展前景，人们对这种建模方法进行了多方面的研究。但这种建模方法具有数据量大、图像倾斜大、摄影死角、模型结果数据量大等特点。这往往会导致建模中出现一些问题，如运算速度慢、空三失败、模型修改和数据应用困难等。但之前很少有类似的研究，所以本文将讨论重点、Smart3D 工作集群、提高空三成功率和模型修正的建立。
成果网络发布
无人机作为一种可以搭载多种传感器的飞行平台，在测绘行业一般分为多旋翼和固定翼。多旋翼无人机具有操作简单、垂直起降、定点悬停等特点。因此，这类无人机对起降场地要求较低，常用于摄影和城市测绘行业，如DJI经纬M600、华策P700、南天星和天鹰系列、安尔康姆MD4-1000等固定翼无人机最显著的特点是飞行时间长，飞行速度快，可以在高空长时间、大面积作业，作业效率高。这种无人机常用的有南天巡系列、华测P600、北京天宇创通TE15等。由于常规固定翼无人机对起降场地和飞行技能要求较高，为了弥补其不足，人们结合两类飞机的特点，研制出了可以垂直起降的无人机，如智能鸟KC 3400和成都CW-1C。
1.1 无人机飞行平台
目前国内很多公司研发的云台基本都是由一个正交角在中心的摄像头和几个一定倾角均匀分布在四周的摄像头组成。其中最典型的就是五镜头倾斜云台。在工作状态下，中间摄像机的光轴垂直于水平面，光轴与水平面成45角的摄像机分布在四个方向。坐一次无人机就够了。
在飞行过程中，同时覆盖同一地面物体或特征点的三幅以上不同角度的图像。因为同一地物不同角度的图像覆盖范围和重叠程度越高，计算出的模型越精细，所以在获取现实三维建模数据时会尽可能增加飞行中图像的重叠程度。然而，重叠程度越高，工作量就越大。所以考虑到飞行中的效率和飞机的倾斜度，航向重叠一般设置为80%以上，侧向重叠60%以上。
2Smart3D真实场景建模
1.2 低空无人机倾斜摄影
在使用Smart3D进行数据处理之前，需要对采集的航测和像控测量数据按照规定的格式进行预处理，以保证数据格式正确，数据完整。数据经过预处理后导入软件进行相应的建模处理，其技术路线[16]如图1所示。
图1总体技术路线
2.1 技术路线
工程准备
在工程施工中，需要的原始数据主要有重叠充分的多视点影像数据、POS数据和影像控制测量结果(如果有高精度的POS数据，可以不进行影像控制)。对于多镜头云台采集的图像数据，需要根据不同视角的摄像机分别存储。所有数据都要唯一命名，不能有中文目录。对于一些不需要结果模型空间位置的建模项目，可以省略它们的POS数据和图像控制数据。需要注意的是，飞机直接导出的图像姿态数据往往存在一些问题，不建议使用。
2.1.1智能3d工作集群的建立
为了提高数据处理的效率，有必要在设置项目之前设置Smart3D工作集群。集群的建立分为三步：集群计算机连接到同一个局域网；(2)共享主机中存储项目数据和位置的磁盘，修改盘符M(该盘符不能与集群中其他计算机的盘符相同)；在其他电脑中建立相应的M盘映射，通过ContextCapture设置修改工作引擎的工作目录。然后，您可以在M磁盘中创建一个新的Smart3D项目，创建一个块，并加载image d
为了将无序的图像在空间上相互对齐，构建接近真实状态的统一空间模型，需要对图像进行空间三加密。这个操作过程是斜摄影建模的核心步骤，其内部处理流程如图2所示。空三加密完成后，结算结果会以3D视图直观显示，或者空三后的结果可以直接导出为XML格式查看，如图3所示。
图2空三加密流程
图3三个加密结果的可视化
2.1.1影像控制点加密
影像控制点加密主要有三个作用：有利于空间三加密过程中影像匹配的速度和精度；控制和加密空中三角测量结果；能起到建模结果坐标转换的作用。对于后者，需要在软件中提前有一个带有图像控制点的投影文件，如果没有，则需要提前创建或导入。需要注意的是，在穿孔控制点完成之后，需要一个成功的空三重加密过程。
模型构建
在这一步之前，软件会根据计算机的性能将建模项目分成若干个图块进行单独重建。这不仅解决了计算机性能的不足，也方便了集群计算的任务分配。
模型构建分三步完成：密集点云生成、Tin模型构建和纹理自动映射。根据空中三角测量计算的外方位元素，通过多视点影像的密集匹配，可以获得高密度的数字点云。由于密集点云数据量大，在构建不同细节层次的TIN模型之前需要将数据分块[17]；然后，根据三角剖分形成的曲面的曲率变化对TIN模型数据进行简化。对优化后的TIN模型和纹理图像进行配准映射，为纹理模型建立多细节多层次LOD，便于优化文件的组织结构，提高模型的层次浏览效率。经过一系列的处理，可以得到如图4所示的三维场景模型。
图4场景模型视图
3 3s mart 3d实景建模中的问题和建议2.1 方案实施
使用Smart3D加密多视图图像时，经常会出现无法求解出正确结果的情况。特别是在数据量大、重叠率低、图像质量差的情况下，往往会出现加密点漂移(如图5所示)，导致空间三加密失败。因此，每次空三加密过程后，必须进入3D视图观察其溶液状态。只有解决成功了，才能进行下一步。
一些方法可以用来改善频繁的零三重加密失败。接下来以5镜头倾斜云台为例，简述其改进方法(如图6)。
图5加密点漂移
图6空三加密处理流程
3.1 如何提高空三的成功率
一般倾斜实景摄影三维建模的结果在俯视角度下可以获得较好的视觉效果，但由于航拍盲区和特征点匹配误差的影响，Smart3D软件自动生成的三维模型会产生空白区域。对于一些对模型质量要求较高的项目，需要对初始结果进行重新处理来修复这些问题。Smart3D软件提供的模型二次修复流程如下：3.2 模型的修整
第三方模具修复软件的功能对修复效果有很大影响。Smart3D 创建初始模型( 一般为OBJ 格式) 第三方软件模型修整导入Smart3D 软件进行纹理重新映射。。这些软件不仅可以对模型进行轻微的修剪，还可以简化模型中某些区域的表面(如图7)。
图7修模前后网筛混合器对比
而当模型变形比较大时，单纯的修改模型是不能满足要求的，需要局部重建。DP-Modeler可用于修剪和重建Smart3D生产项目的直接导入。
3.2结果的网络发布
场景浏览、查询和测量服务是真实三维模型成果的重要应用，将成果及相关服务发布到互联网上是实现这些应用的重要途径。
3.3.1互联网发布
新地球网络平台(Wish3D Earth Platform)是基于WebGL技术开发的国内实景三维模型的网络发布展示平台。可快速加载TB级斜向实景三维数据，支持多种格式的三维模型，如OSGB实景模型、OBJ人工模型、SKP人工模型、RVT格式BIM模型等。还支持模型单体、3D模型测量与分析、水面特效、日照分析等特效的呈现。此外，它还可以
常用修复软件有： 3DMax、Geomagic、Meshmixer、PhotoMesh 和ealityPaint 等
OSGB倾斜模型浏览器发布展示平台
新地球网站(Wish3D Earth platform)是一个专用于互联网的现实生活3D模型数据发布工具。OSGB和OBJ格式的数据压缩后上传发布到互联网上，支持电脑网页和手机的登录、分享和浏览(如图8所示)。
除了浏览服务，您还可以在该平台中编辑模型注释和设计浏览飞行路线。
图8 Wish3D移动模型浏览
同时免费体验：http://www.tuxingis.com/wish3dearth.html，对数据安全有要求的可以申请试用。
局域网发布
对于一些现实生活中可能被分类的三维模型，如果不适合公开发布，就需要在局域网内发布数据。目前专用的局域网数据发布平台基本都需要收费，对成果的应用有一定的影响。这里介绍一种在intranet中自由发布数据的方法。
场景的内网发布需要满足两个条件：建立模型时，选择. 3MX作为模型导出格式，并选择其“Web安全”选项。在局域网服务器上成功安装Nodejs网络服务平台。Node.js是一个基于Chrome JavaScript runtime的平台，用于方便地构建响应速度快、易于扩展的网络应用。需要注意的是，一般情况下，Nodejs软件在安装时需要连接外网。在局域网下安装，首先要找到联网的电脑，才能成功安装Nodejs(安装时要配置好缓存和全局选项的目录)；然后将整个安装目录复制到内网服务器，根据联网电脑配置相关选项后安装。安装完成后，通过cmd进入3MX数据的存储目录，用“http- server”命令启动服务(如图9所示)。
图9局域网3mx格式场景模型发布
4wish3d可以局域网私有化部署
与传统建模方法相比，无人机低空倾斜摄影三维建模具有效率高、自动化程度高、场景逼真度高等优点。现在它已经成为摄影测量的一个新的重点发展方向。如今这项技术突破了单一数据源的限制，可以加入视频和扫描点云数据进行辅助建模，大大提高了建模效果。比如新版Smart3D软件增加了集成扫描点云联合建模的界面。
但这类建模结果仍存在一些不足：摄影死角和河湖的建模往往存在漏洞；模型结果的精度过于依赖摄影质量，对设备要求高，使无人机在作业中无法高水平飞行，飞行效率低；模型结果数据量大，给模型修正和应用带来诸多不便。当然，硬件和软件的缺点都会随着技术的进步而得到解决，这种建模方法前景广阔。
文章转自《测绘通报》
原标题：基于Smart3D的低空无人机倾斜摄影三维建模研究
