倾斜摄影测量技术在城市实景三维模型构建中的研究

彭浩

吉奥时空信息技术股份有限公司 430000

摘要

随着数字城市、智慧城市建设进程不断加快，实景三维城市模型作为空间信息数字化的核心载体，成为城市规划、建设、管理与运维的重要基础数据。传统三维建模技术多依托人工建模与垂直摄影测量，存在建模效率低、纹理真实性差、细节还原度不足、成本较高等问题，难以适配现代化城市大范围、高精度、快速化的建模需求。倾斜摄影测量技术突破了传统垂直摄影的视角局限，通过多视角同步采集影像数据，可全面获取城市地物的顶面、侧面纹理与空间几何信息，具备自动化程度高、建模精度优、数据完整性强等技术优势，已成为城市实景三维模型构建的主流技术。本文系统阐述倾斜摄影测量技术的核心原理与作业流程，分析该技术在城市三维建模中的应用优势，探究建模过程中的关键技术要点与常见问题优化策略，总结技术应用的核心价值与发展前景。研究旨在进一步规范倾斜摄影测量建模技术体系，提升城市实景三维模型的精度与完整性，为智慧城市数字化建设、城市空间精细化治理提供可靠的技术支撑。

关键词

倾斜摄影测量；实景三维模型；城市建模；空间数据；智慧城市

一、引言

数字化、智能化是现代城市建设的核心发展方向，实景三维城市能够真实还原城市地形地貌、建筑结构、基础设施等全要素空间形态，是数字孪生城市搭建、城市资源管控、规划设计审批的核心基础。传统人工三维建模方式依赖建模人员主观操作，周期长、效率低，模型纹理贴合度差，难以还原复杂城市地物的细节特征，且无法适配大范围城市区域的建模工作。垂直摄影测量仅能获取地物顶部影像数据，缺失建筑立面、侧面结构信息，构建的三维模型存在结构残缺、真实性不足等缺陷。倾斜摄影测量技术依托多镜头航拍设备，从垂直、倾斜等多个角度采集影像数据，弥补了传统摄影测量的视角短板，可快速、批量完成城市全域地物三维建模。该技术能够兼顾建模效率、精度与真实性，大幅降低三维建模成本，契合现代城市数字化建设的发展需求。因此，深入研究倾斜摄影测量技术在城市实景三维模型构建中的应用，对推动城市空间数据更新、实现城市精细化智慧治理具有重要的现实意义与应用价值。

二、倾斜摄影测量技术原理与建模流程

倾斜摄影测量技术是融合摄影测量、计算机视觉、空间定位技术的新型测绘技术，核心原理为通过搭载多组倾斜镜头与垂直镜头的航拍设备，从五个及以上不同视角同步采集地面影像数据，结合POS定位定姿系统获取影像拍摄时的位置与姿态参数，通过空三加密、影像匹配、密集点云生成等算法，解算地物精准的三维空间坐标。相较于传统垂直摄影，该技术可全面捕捉建筑立面、道路边坡、设施侧面等多角度信息，彻底解决单一视角数据采集不全的行业痛点，为完整还原城市地物三维形态提供数据基础。

城市实景三维模型构建整体流程标准化、自动化程度较高，核心分为数据采集、数据预处理、空三解算、模型构建、修模优化五个核心环节。首先通过航拍设备完成城市测区影像数据与POS数据的全覆盖采集；其次对原始影像进行预处理，剔除模糊、曝光异常、重叠度不足的无效影像，矫正影像畸变问题。随后依托专业测绘软件开展空中三角测量运算，匹配影像同名点，生成密集点云数据，构建测区三维稀疏网格。在此基础上自动生成实景三维白模，映射影像纹理形成初始实景模型。最后针对模型存在的纹理扭曲、结构破损、漂浮杂物等问题进行精细化修模，优化模型细节，最终生成完整、精准的城市实景三维模型。

三、倾斜摄影测量构建城市三维模型的应用优势

在城市实景三维建模场景中，倾斜摄影测量技术相较于传统建模技术具备多重显著优势，适配现代城市数字化建设的多元需求。首先，建模效率大幅提升，该技术依托自动化航摄与软件解算流程，可快速完成大范围城市区域建模，无需人工逐点、逐建筑建模，作业效率是传统人工建模的数十倍，能够满足城市快速更新、动态建模的需求。其次，模型真实度与精度更高，多视角影像可完整还原建筑结构、外立面纹理、道路植被、市政设施等细节特征，模型空间坐标精度、纹理还原度贴合真实场景，可满足城市规划、测绘核查、空间分析的高精度要求。

同时，该技术作业成本更低，自动化作业模式大幅减少人工投入，缩短项目周期，有效降低大范围城市三维建模的人力与时间成本，具备极高的性价比。此外，数据兼容性与拓展性强，通过该技术生成的实景三维模型数据格式通用，可直接对接智慧城市平台、数字孪生系统、规划审批系统，能够为城市空间分析、应急管理、资源普查、风貌管控等多项工作提供基础数据支撑，适配城市多元化、精细化的数字化治理需求，应用覆盖面与实用性远超传统建模技术。

四、技术应用关键要点与优化策略

在城市复杂场景中，高楼遮挡、植被密集、光线不均、地形起伏等因素，易导致影像匹配失效、点云缺失、模型破损、纹理失真等问题，影响三维模型整体质量，需把控核心技术要点并做好优化处理。航摄规划阶段需结合城市测区地形、建筑高度、分布密度合理设置飞行高度、飞行航线与影像重叠度，针对高层建筑密集区域适当提升航向与旁向重叠度，规避遮挡造成的数据缺失，保障影像数据的完整性与有效性。同时选择适宜的航摄时段，规避强光、阴影、逆光等不良光照条件，减少纹理色差与曝光异常问题。

数据处理阶段需优化空三解算参数，针对城市密集地物、复杂纹理区域强化影像匹配算法，剔除匹配误差与噪声点云，补全缺失的三维点位数据。针对自动化建模出现的建筑边缘扭曲、路面空洞、植被漂浮、纹理模糊等常见问题，需开展精细化人工修模，修正模型结构缺陷，优化纹理映射效果。同时可结合激光雷达技术融合点云数据，弥补纯影像建模在复杂遮挡区域的精度短板，进一步提升模型的完整性与精准度，保障城市实景三维模型的整体质量。

五、结论

倾斜摄影测量技术凭借多视角数据采集、自动化建模、高精度还原、高效低成本的核心优势，有效解决了传统城市三维建模效率低、真实性差、细节缺失、成本高昂的技术难题，是当前城市实景三维模型构建的核心技术。该技术通过标准化的航摄采集、数据解算、模型生成流程，可快速构建全域覆盖、细节丰富、精度可靠的城市实景三维模型，能够真实还原城市地表地物的空间形态与纹理特征，为智慧城市建设、城市规划设计、空间资源管控、安全应急管理提供核心空间数据支撑。目前该技术在复杂城市场景应用中，仍存在遮挡区域数据缺失、精细纹理还原不足等问题，可通过优化航摄方案、升级解算算法、多技术融合的方式持续优化。未来，随着测绘技术与智能化算法的不断迭代，倾斜摄影测量建模的自动化、精细化、智能化水平将持续提升，进一步推动城市实景三维数据的动态更新与广泛应用，为数字城市与智慧城市的高质量建设发展提供坚实保障。

参考文献

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