近幾年，國內的智慧城市建設慢慢火熱，城市三維數字模型（BIM模型）逐漸成為構建智慧城市的重要基石，地理信息系統作為城市建設的基礎內容，也越來越受到重視。
GIS模型展示及測量應用
2017年5月，湖南建工
BIM中心工程師攜八旋翼多鏡頭無人機，赴郴州經開區進行傾斜攝影航測作業，利用航測數據建立三維GIS模型，助力郴州經開區智慧互聯平臺建設。此次傾斜攝影三維建模包括對項目范圍內20余平方公里的航測數據采集和后處理，目前，建模工作已完成，本文將對無人機傾斜航測技術及數據處理進行介紹。
傾斜航測基本原理
傾斜攝影是近年來航測領域逐漸發展起來的新技術，相對于傳統航測采集的垂直攝影數據，通過新增多個不同角度鏡頭，獲取具有一定傾斜角度的傾斜影像。應用傾斜攝影技術，可同時獲得同一位置多個不同角度的、具有高分辨率的影像，采集豐富的地物側面紋理及位置信息?；谠敱M的航測數據，進行影像預處理、區域聯合平差、多視影響匹配等一系列操作，批量建立高質量、高精度的三維GIS模型。
多角度影像數據采集
航測數據采集及處理
1、航測范圍確定
航線規劃軟件（地面站）的地圖數據來源于Google Earth，規劃航線之前，在Google Earth中確定項目航測范圍，了解航測地貌，進行合理的飛行架次劃分，優化航拍方案，提升作業效率。
2、航線規劃及參數設定
傾斜航測的飛行參數包括高度、速度、拍攝間隔、航向間距、旁向間距等，不同的參數設置對航測的精度、效率等產生影響。航測作業前，綜合考慮飛控距離、電池消耗、地形地貌、建筑物分布、測量精度等因素，使用地面站軟件進行航線規劃和參數設定，飛行高度、地面分辨率及物理像元尺寸滿足三角比例關系。
BIM+GIS無人機傾斜攝影三維建模方法詳解-規劃航線及參數
3、無人機航測作業
地面站設置及無人機組裝完成后，即可開始航測作業。無人機將依據指定的航線及參數設置，自動完成航拍任務，操作人員觀察無人機位置及地面站實時飛行參數即可，每天可完成2-3平方公里的航測任務。
航測作業
傾斜航測采集的數據包括各拍攝點的多角度影像信息和對應的pos數據。影像信息由五鏡頭相機獲取，無人機搭載相機以恒定速度對地面進行等距拍照，采集到具有70%重疊率的相片；pos數據由飛控系統在相機拍照時生成，與相片一一對應，賦予相片豐富的信息，包括經緯度、高度、海拔、飛行方向、飛行姿態等。
多角度影像及pos數據
采用ContextCapture完成本次航測的后期GIS數據處理。
ContextCapture是基于影像自動化進行三維模型構建的并行軟件系統，軟件建模對象為靜態物體，輔以相機傳感器屬性、照片位置姿態參數、控制點等信息，在進行空中三角測量計算、模型重建計算后，輸出相應GIS成果，以供瀏覽或后期加工。常見的輸出格式包括OSGB、OBJ、S3C、3MX等。
1、pos數據整合
飛控系統生成的pos數據包含后處理所不需要的信息，且格式也不符合后處理軟件的使用要求，不能直接用于后期數據處理工作。原始pos數據進行篩選、分類處理后，才能用于后處理軟件。
2、空間三角測量計算
在空中三角測量運算過程中，信息面板上會顯示空三丟失照片的數量。如果丟失照片過多，您可以取消掉此次空三運算，刪除這個空三區塊，選擇不同的設置重新執行空中三角測量。
如果輸入照片的重疊率不夠或者某些設置不正確（比如相方坐標系等），那么空中三角測量操作也有可能失敗。
空三計算
空三過程會生成粗略的3D視圖。
BIM+GIS無人機傾斜攝影三維建模方法詳解-初始3D視圖
3、三維重建計算
由于拍攝范圍大，影像數據多，完成重建所需的計算機內存往往達到上百G，普通計算機無法一次性完成重建計算，應根據計算機性能重建框架，調整重建范圍及瓦片大小，將原框架分為若干個大小相同的數據切塊，分塊進行重建計算。
BIM+GIS無人機傾斜攝影三維建模方法詳解-三維空間重構
4、數據集群處理
集群處理可按如下操作進行：搭建局域網，將一臺計算機作為服務器，局域網內其他計算機作為節點連接至服務器組成群組，任務提交后，服務器統一分配子任務至各節點。節點完成子任務后，將處理結果返回至服務器，并接受新的子任務直至任務完成。
相對與單機進行數據處理，集群處理有更高的可靠性和容錯率，當群組中一個節點計算機出現故障，原本分配至此節點的子任務將自動分配至其他節點進行計算；同時集群處理也能降低成本，龐大的GIS數據量，對于單機的儲存空間和數據處理速度都提出極大考驗，將普通的計算機進行集群則可有效降低硬件成本，發揮與高性能計算機相當的運算能力。
5、模型精修及單體化處理
基于ContextCapture建立的三維GIS模型，存在由于錯誤的影像匹配或者較差的幾何姿態造成建筑變形（紋理拉花、結構扭曲、破面缺面等）、懸浮物、丟失部件等情況。通過單體化軟件對模型進行精修重建，使地物要素完整，從而達到后期三維GIS應用。智慧互聯平臺需實現對片區內的部分建筑進行單獨的選中、賦予屬性、查詢屬性、數據管理等操作，因此需對傾斜模型進行單體化處理。我們通過利用建筑物、道路、樹木等對應的矢量面，對傾斜攝影模型進行切割，把連續的三角面片網從物理上分割開，從而實現單體化。
精修及單體化步驟：三維重建模型→補充影像采集→局部分離編輯→精細化修編重建→更新合并。
使用傾斜航測技術可在短時間內建立大規模的城市三維GIS模型，實現城市空間全方位、高精度的可視化表達。
本次無人機傾斜攝影三維建模，旨在推進湖南建工集團BIM中心在BIM+GIS領域的深度應用，有效地整合建筑信息和地理空間信息，構建出最重要最核心的基礎數據庫。
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