【摘要】随着攻击2无人机机技术嘚发展基于攻击2无人机机的倾斜摄影测量已经成为测绘领域的重要手段。详细介绍 ContextCapture 的基本功能、 主要特性研究其进行快速三维建模的技术路线和实施方案，并对建模过程中出现的问题给出建议利用 ContextCapture 进行三维建模，人工干预少自动化程度高，生产成本低高效快速，苴生成模型可应用于实际生产对三维测绘成果的规模化生产具

倾斜摄影测量技术是近年来得到广泛发展应用的一项新的测量技术，同时從一个垂直和四个倾斜角度对目标地物拍摄影像记录飞行航高、航速、航向、坐标等信息，通过对拍摄航 片的处理生成地面三维模型

傾斜摄影测量三维模型比传统的三维模型更具真实感，能够真实反映地物的位置、外观、周围环境等不仅能满足传统航空摄影测量的要求，还能获得更 多的数据倾斜摄影获取的影像带有空间位置信息，能够生成数字地形模型、数字正射模型、数字线划地图等测绘成果傳统的倾斜摄影测量需采用大飞机载荷，飞行成本高耗时长。

攻击2无人机机航拍机动灵活环境适应性强，作业成本低能快速准确获取飞行困难地区的高分辨率影像，其优势是传统大飞机无法比拟的目前，攻击2无人机机倾斜摄影测量成为获取地面三维模型的重要途径并且已经在测绘、城市规划、地质灾害等很多方面得到了较好的应用。

低空攻击2无人机机倾斜摄影具有数据量大、影像倾角大、容易造荿摄 影死角的特点在使用三维建模软件进行建模过程中，会出现空三计算失败、运算速度慢等问题本文以 Bentley Context capture 软件为例，详细阐述进行快速三维建模的技术路线和实施方案为三维测绘成果的规模化生产提供参考借鉴。

Bentley ContextCapture (Smart3D Capture)是一套实景三维自动建模系统，集合了先进的数字影潒处理技术、计算机虚拟现实技术以及计算机几何图形算法ContextCapture 具备高兼容性，能对各种对象各种数据源进行精确无缝重建同时，可加入其它可选的辅助数据：传感器属性（焦距传感器尺寸， 主点镜头失真），照片的位置参数（如 GPS）照片姿态参数（例如，INS）控制点等来提供建模精度。

ContextCapture的建模无需人工干预即可在一定的计算时间内，输出带有真实纹理的高分辨率三角网格模型准确重建建模对象几哬外观及纹理特征。建模时间根据输入数据量的大小而定输出模型的精度与输入照片的分辨率和精度高度相关，输入照片的分辨率和精喥越高生成的三维模型的细节越精细。

ContextCapture的主要模块用户通过图形用户接口，向软件定义输入数据设置处理过程、提交过程任务、监控任务的处理过程与处理结果可视化等。主控台不执行处理过程而是将任务分解为基础作业并其提交给作业队列。

ContextCapture引擎端是 ContextCapture 的工作模块它在计算机后台运行，无需与用户交互当引擎端空闲时，一个等待队列中的作业的执行主要取决于它的优先级与提交的数据。由于采用了主从模式ContextCapture 支持网格并行计算。只需在多台计算机上运行多个 ContextCapture 引擎端 并将它们关联到同一个作业队列上，就会大幅降低处理时间

ContextCapture 除了 Master、Engine 外， 还 包 含 Setting、 Viewer 等工具模块Master 负责创建和管理任务，监视任务的进度等；Setting 主要是帮助 Engine 指向任务的路径；Engine 负责对所指向的作业队列中嘚任务进行处理；Viewer则可预览生成的三维场景和模型可以观察控制主控台工作流的生产质量， 利用它对最终生产的模型成果进行浏览

对貴州省农科院园区进行数据采集，侧区内主要有建筑、 树木测区采用 Phantom 4 DJI 攻击2无人机机对实验区进行拍摄，影像获取的时间为 2017年1月拍摄高喥为50m，对农科院主 体园区采用手动环形绕飞倾角45度倾斜拍摄，并保证攻击2无人机机摄像头始终朝向园区中心每隔3s自动拍摄。

由于农科院园区周边环境复杂电磁信号干扰强，建筑物易产生遮挡因此尽量不要低飞或者靠近建筑物飞行，尽量减少建筑物内 WIFI 信号产生的电磁幹扰飞手应处于相对开阔地带，确保攻击2无人机机与飞手间不存在信号直线遮挡

本文采用ContextCapture4.3进行三维重建。在进行三维建模之前先对航片进行简单的手工整理，将拍摄的原始影像放在同一目录中手动剔除不合格的航片，如曝光严重、对焦失 败、拍摄拖影、拍摄到攻击2無人机机脚架、构图严重不合理等；删除起飞和降落时拍摄的相片若相邻几张相片中表达信息相似度高，可适当剔除以提高计算效率。ContextCapture三维建模主要包括空中三角测量、生成密集点云、构建TIN模型、自动纹理切片等过程技术路线如图1所示。

对倾斜像片进行空中三角测量获取影像的外方位元素。空三计算是倾斜摄影建模的核心步骤包含影像特征点提取、 同名特征点匹配、影像外方位元素反算等步骤。將倾斜摄影像片带有的POS数据作为初始方位元素根据共线方程，可解算出每张像片的外方位元素利用多基线多特征匹配生成影像之间的連接点，通过少量外业控制点和区域网平差可实现倾斜摄影空中三角测量ContextCapture在空中三角计算完成后，生成空三报告可直接用于下一步匹配和三维建模。

空三计算之后新建重建项目进行模型的构建。软件根据空三加密信息成果通过多视影像密集匹配可获得高密度数字点雲。当密集点云量较大时可根据计算机性能将重建项目切 块分割成若干瓦片进行不同层次细节度下的 TIN 模型构建。瓦片的大小可自行设置计算需用内存大小的评估数值会随着瓦片大小而变化。总的来说需要将所需内存的大小控制在物理内存的50% 左右。通过调整三角尺寸至與原始影像分辨率相匹配同时简化平坦区域的三角网，从而获得农科院园区的三维TIN模型（图 2）

图 2 农科院园区三维 TIN 模型

构建TIN模型后，将彡维TIN模型与纹理图像进行配准和纹理附贴通过计算TIN每个三角面的法线方向与包含该地物的相片之间的夹角来选择适用于该三角网模型的紋理影像。夹角越小说明该三角面与影像平面越接近，两者之间越匹配 纹理质量越高。

TIN 模型上的三角面都能唯一对应一幅目标影像茬找到目标影像之后，计算每个三角形与影像中对应区域 之间的几何关系找出每个三角面在纹理影像中对应的实际纹 理区域，将配准的紋理图像反投影到对应的三角面上实现纹理贴附。

图 3 农科院园区三维实景模型

在Acute 3D Viewer中观察生成的三维模型（图 3）场景中地物的空间位置、形状、颜色、外观等与实际环境一致，各地物单体之间衔接流畅完整建筑物轮廓清晰、各面纹理完整， 与实际情况相符屋顶、门窗、汽车等细节能较好的表现出来， 中心区域的房屋和树木都能得到较好的还原边缘区域树木的形状纹理与真实情况略有偏差。

2.2.3 三维模型荿果发布共享

Esri i3s 格式输出成果目录中包含两个文件一个是 .json 文件，另一个是nodes文件夹Nodes文件夹内是分级结构的文件夹，其结构复合Esri和i3s标准在苼产项目完成后，创建spk文件格式的场景包创建场景包的本质是将之前的i3s成果文件和nodes文件夹进 行简单的打包zip，后缀名改为spk的过程

版本中鈳对上传的spk文件创建对应的场景服务。在服务创建成功后即可在场景查看器中预览三维场景。服务发布成功后选择共享条目，可共享給指定群组或者完全开发共享

3 建模过程中存在的问题和建议

在进行空三计算时，由于数据量大、影像重叠率低或者影像质量差的情况下会导致空三计算失败。在这种情况下可将计算失败的空三成果以XML的格式导出，提取其中的影像姿态数据对原始的POS数据进行封信然后偅新导入进行计算。另外也可加入连接点和控制点重新进行空三计算。

另一方面由于多相位拍摄过程中的遮挡，以及植被、水 面等均質地物缺乏明显的特征点而造成同名影像匹配较少从而导致数字表明模型精度低以及切片纹理缺失和错位。这种情况在三维模型成果中嘚具体表现为：部分树木及建筑边缘变形、建筑侧面纹理不清晰、地形变形等

针对这些问题，可使用ContextCapture的模型修正功能进行修正并导入對应的瓦片重新生成贴图。同时也可以使用第三方建模软件进行修正处理，如3DMax、Geomagic、Meshmixer、PhotoMesh等

本文利用攻击2无人机机倾斜摄影以及ContextCapture软件，通過空中三角测量、生成密集点云以及构建TIN模型、自动纹理切片映射等环节在极少人工干预下生成三维实景模型。ContextCapture生成的ERIS i3s格式的倾斜摄影模型成果可对接到ArcGIS中使用并通过Portal for ArcGIS网页或者APP形式进行开放共享。利用ContextCapture进行攻击2无人机机倾斜摄影实景三维重建人工干预少，自动化程度高生成成本低，高效快速且生成模型可应用于实际生产。攻击2无人机机倾斜摄影测量将在测绘和空间信息行业中发挥重要的作用

来源：科技经济导刊，侵删

飞马F300攻击2无人机机一经推出就受到了广大用户的喜爱。尤其是其免像控技术的加持让航测外业省去了大量像控点布设和测量的麻烦，大大提高了航空摄影测量外业的笁作效率同时其还提供载荷的多种选择，不但可以选择正射相机还可以选择多镜头倾斜相机，这在轻型固定翼攻击2无人机机中是首创本文要讨论的应用，正是基于飞马F300飞行平台搭载倾斜相机进行倾斜摄影测量[1]外业航飞，并对获取的影像进行处理经过空三计算和模型重建来生产城市真实景三维模型[2]。本项目采用布设稀少像控点的方案进行工程的施测

为推进长岭县基础设施建设，促进长岭县城市及經济发展我司受甲方委托，对长岭县城区进行地理信息数据的采集项目要求采用倾斜摄影测量技术[1]，并生产城市实景三维模型此工程测区面积约11平方公里，位于吉林省西北部整体地势平坦，有国道和省道穿过测区交通较便利。测区属中温带大陆性季风气候年平均气温4.9℃；测区内常年有风，项目施测季节最大风力可达8级对攻击2无人机机飞行有很不利影响。项目飞行空域已由甲方申请并通过批准

根据项目需求，要求真实景三维模型成果要能满足1:1000数字线划图（DLG）生产需要平面中误差±0.25m，高程中误差±0.17m最大允许误差不超过2倍中誤差。测量基准采用国家2000坐标系统1985国家高程基准，控制测量基础资料由甲方提供工程中RTK数据采集统一使用吉林省CORS网系统作为差分源。

1.2項目执飞攻击2无人机机情况

参与项目航测飞行的飞行平台是深圳飞马机器人公司生产的F300智能航测\遥感系统该攻击2无人机机机长1.07米，翼展1.8米支持RTK/PPK差分模式，续航时间最长可达90分钟巡航速度60KM/H，能在5级风的情况下正常作业且无遥控器，手抛起飞自动滑降或者伞降的降落方式，对飞手要求低EP0加碳纤复合材料易修复。攻击2无人机机这些特点让此款攻击2无人机机能经得住测绘工程项目繁忙的飞行需求，且茬轻微损坏的情况下能够快速修复而继续飞行不会耽误紧张的测绘工期。

图2 飞马F300智能航测\遥感系统及倾斜相机

飞马F300挂载的倾斜相机如上圖右上角是两镜头倾斜相机。此倾斜相机的单个镜头采用APS-C(23.2×15.4mm)画幅2010万像素，索尼QX1相机和索尼20mm焦距镜头两个镜头布置方式是一个镜头向咗倾斜，一个镜头向后倾斜有效像素为。此倾斜相机需攻击2无人机机以往返飞的方式来获取足够多角度的原始影像数据。

2.1、项目生产笁艺流程

攻击2无人机机倾斜摄影测量技术是新兴航测技术方法各种具体的执行标准尚不完善，为了更好的完成工程项目根据技术设计攵件以及相关资料，制定了项目工程生产工艺流程项目的执行严格按照工艺流程的要求来施测。工艺流程如下图所示：

2.2.1、像控点布设及測量

依据甲方提供的项目基础资料和项目要求并参照奥维互动地图，在室内根据踏勘的信息资料按照10000到20000像素一个像控点[2]，并考虑实际咘点可行性做像控点位置分布的预设。像控点的布置我们采用L型的图案，此图案在实际工作中最容易喷涂需要的辅助工具最少，同時边上喷上点号方便后期处理使用，甚至可以不参考点之记信息就能完成刺点简单易行的像控点布置，在能保证像控点质量的前提下可以尽可能的提高外业工作效率。在测量像控点的同时进行点之记信息的记录。像控点的测量采用控制点测量的方式进行平滑采集

圖5 像控点布设与测量

2.2.2、外业航飞的实施

外业航飞对后期数据处理来说，是很关键的一环好的航线设计，是外业飞行数据高质量的关键之┅按照相关技术资料和要求，在飞马智航线软件里导入测区kml格式范围线，进行飞行航线的规划和飞行参数的设置

项目航线主要设计參数如下：

地面分辨率：5.0cm

航向/旁向重叠度：80%

相对航高、航线间隔、拍照间隔等数据，智航线软件会自动给计算出来这也是飞马攻击2无人機机管家软件设计比较人性化的表现之一。

按此航线规划方案在今年6月初，项目攻击2无人机机作业组完成了长岭县城倾斜摄影测量的航攝工作航测外业执飞攻击2无人机机是飞马F300智能航测系统挂载两镜头倾斜相机，采用往返飞的方式飞行由于天气原因，外业实际用时4天共计飞行14架次，获得外业原始影像27972张相应的静态数据文件和观测记录表格，飞机日志数据文件每一架次飞行情况记录等资料。

2.2.3、外業航飞数据的预处理

航飞数据的预处理是完成高精度POS数据的融合解算在飞马攻击2无人机机管家软件智理图模块中，分步骤完成基站静态數据格式转换机载GPS数据转换，数据完整性检查GPS数据解算。解算完成后输出txt格式的解算结果在解算结果文件的第一行有Q1值用来评定此佽解算结果的精度，一般要求在98以上[3]然后对照片和POS数据进行整理，并按计算机处理能力对测区进行处理分区的划分。

三、数据处理及實景三维模型生产

3.1、影像数据空三计算

本项目采用的建模软件是Context Capture软件此软件自动化程度高，操作步骤较少能支持集群运算，是业内知洺的自动化三维建模软件在软件里新建工程，添加照片和POS数据按默认参数提交空三计算，软件会自动完成空三计算如果结果不合格，就在计算结果基础上修改空三计算参数并再次提交空三直到空三合格为止。空三计算通过后加入像控点坐标数据，并进行相片刺点这时候软件能预计出像控点在相片上的位置了，且准确度很高能提高刺点的速度。刺点完成后再次提交空三计算，完成后检查空三報告质量如果合格，就可以进行模型重建生产了在控制点编辑器里有三个参数，分别是三维精度、三维水平精度和三维垂直精度这彡个精度参数，基本上能体现出最终模型数据的精度水平等级

图9 像控点三维精度水平计算结果

图10带像控点的空三成果3D视图

3.2、三维模型的偅建

空三成果合格后，下一步就进入模型重建生产了选择项目需要的坐标系，并从KML文件导入重建范围（即测区范围）设置好切块方式囷瓦片大小，就可以提交模型重建生产真正开始生产模型。Context Capture软件模型重建支持的数据格式很多本项目采用OSGB格式。OSGB数据格式通用性比较恏支持的软件也比较多。

图11模型重建参数和瓦片分块

模型重建生产是比较耗时间的重建速度主要取决于计算机的整体计算速度。此项目采用5台电脑耗时将近5天才把模型全部生产完毕。

图13 模型成果局部截图

3.3、模型成果精度检查

测绘产品精度是测绘工程项目的核心目标實景三维模型成果已经生产完毕，对成果精度的检核就是必须的要做的事情我们联合甲方一起对模型进行了一个精度的检查，用RTK设备在測区测量了400个检查点最终选择了399个平面检查点和375个高程检查点，对模型精度进行了检查检查结果统计情况如下表所示：

表1 模型精度检查统计表

由上表统计数据来看，该工程项目的成果精度完全达到了项目设计要求甚至比设计的精度还高出一点。这些数据表明使用飞馬F300智能航测/遥感系统搭载倾斜相机的方案，采用合理的作业工艺流程是完全可以满足大比例尺测图精度要求的。最终采用的检查点分布凊况如下图所示：

图14 模型精度检查点位置分布略图

此工程项目的外业投入人员是踏勘2人一天像控点2人一天，外业飞行2人4天内业处理共計1人7天，其中人工操作约1天其它时间是计算机自动完成计算。计算下来采用飞马F300搭载倾斜相机的方案，效率是传统测绘方式的10倍甚至哽高

倾斜摄影测量近年来发展迅猛，逐渐成为测量人员很好的测量技术；在保证精度的前提下还能大大的提高测绘的作业效率；降低外業测绘作业人员的劳动强度也使外业测绘人员的人身安全有了更好的保障；传统测绘不易到达的地方也能测的到，让测绘几乎没有死角；且提供的测绘成果表现形式更容易让普通大众看得懂、理解到位相当于把现实城市搬回了家。这些优势都是传统的人工测绘所不具备嘚在实景三维模型上进行线划图的采集和建库，也是倾斜摄影测量数据成果的一个主要应用方向业主方已经在此项目成果上采集完成測区1000比例尺的线划图。

图15 基于模型成果采集的局部线划图成果

未来随着5G通信技术的逐渐应用和普及使实景三维模型数据的在线浏览和应鼡成为可能，就能为普通大众提供更好地图服务比街景数据更加真实，而且可以360度的旋转查看；也能为政府相关管理部门提供基于真实景的基础平台应用再加上更多的各种物联网和传感器数据，让城市的管理和服务水平上一个台阶

总之，飞马F300智能航测\遥感系统经受住了此项目的实际检验，能满足大比例尺实景三维模型数据的采集和生产需要飞马F300智能航测\遥感系统一定能成为广大测绘从业者爱不释掱的测量工具，能为地理信息行业的兴旺发展提供一定的助力