如何提高实景三维智慧城市项目的建模精度和建模效果

一、前言

随着三调工作逐步完结，国家自然资源部开始部署新的地理信息战略任务——实景三维中国建设，中国的地信行业将迎来新的篇章。实景三维中国的实施将带来许多机遇与挑战，智慧城市项目是其中一个绕不开的话题。然而，智慧城市项目的前端数据采集仍然是一个较为棘手的问题，其对精度与模型效果的高要求给航测设备的工作性能带来不小的挑战。
如果您有心关注，就会发现市面上许多倾斜相机的焦距值都是25mm/35mm，但这个焦段的相机在完成城市级高楼建模任务时，无法在百米以上的安全航飞高度下，保证最终的模型效果与精度达到要求。虽然分层飞行与环绕飞行可以缓解该问题，但其对项目效率与飞行安全的负面影响却不容忽视。

二、提高高楼区模型精度的措施

为什么短焦距相机做智慧城市项目模型精度不好？为了保证作业安全，地物高度的增加导致无人机作业航高的增加，而短焦距相机因为其焦段限制，其在百米以上的高度作业时无法保证地面物体足够的分辨率，后期建立的模型效果和精度当然差强人意。如果采用分层飞行，又无法保证效率和安全性。
为什么DG4Pros能够完成高精度城市级建模？上文说到，高楼建模痛点之一是航飞高度与模型精度的平衡。DG4Pros的长焦距镜头可保证无人机在高航高下也能保证地面物体分辨率足够，合理的焦距比以及高拍照同步性，可保证高楼模型获得更高的精度。

01.合理的镜头焦距比

一般而言，如果航空影像分辨率差异太大，会影响模型最终精度，并大幅度增加空三分层的概率。所以，为了保证倾斜影像中心点和正射影像中心点分辨率尽可能一致，倾斜镜头的焦距要大于正射镜头的焦距。

DG4Pros正射光学镜头焦距为40mm，倾斜镜头焦距为60mm，倾斜正射焦距比1:1.5，可使前后倾斜影像中心点影像分辨率略大于正射影像中心点分辨率；左右倾斜影像中心点影像分辨率略小于正射影像中心点分辨率。即使无人机飞行姿态轻微扰动，相机也能够尽可能保证五个镜头影像分辨率基本一致，提高空三通过率与模型精度。

02.高拍照同步性

相机拍照高同步性是实现高精度三维建模的关键性技术之一。2019年7月，北京地理信息开发者大会上，刘先林院士在做技术分享会时，也着重强调：五个镜头高精度的同步曝光，也有利于空三解算。

在航飞作业过程中，五个镜头影像拍摄内容不一致，随着时间积累就会导致倾斜相机的每个镜头不能在同一时间准确响应快门信号，就会产生同步性曝光误差问题，影响空三解算的通过率。

DG4Pros采用独有的相机同步性控制技术，能够动态反馈和补偿每一个相机，实现五个镜头高精度同步曝光，保证pos数据的精准，使模型保持较高精度。

三、提高高楼区模型效果的措施

智慧城市的建模要求，除了要具备较高的模型精度之外，还要保证较好的模型效果。航片质量、重叠度以及画幅的大小是影响高区楼建模效果的主要因素。

为什么DG4Pros建立的城市高楼模型效果较好呢？这得益于相机的超低色散非球面ED镜片、创新的平行式布局方式以及全画幅的镜头，保证高层建筑物的良好立面效果。

01.优异的光学性能

倾斜相机作为精密光学电子仪器，光学部件直接关系到原始航片采集质量的高低，而原始航片的质量也关系到模型效果的好坏。

DG4Pros为了控制镜头体积采用了非球面镜片，**并且把光学镜头整体畸变控制到了万分之四以内。**每组镜头采用一片超低色散ED镜片，以修正、消除彗差型像差及色差现象，大幅度提高空三特征点匹配的鲁棒性，提高模型效果。
02.镜头平行式布局

目前市面上五镜头倾斜摄影相机均采用了围绕式布局，这种布局方式可以通过更紧凑的布局，减小相机整体体积和重量。

**但是这种布局方式会造成影像的旁向实际重叠度低于理论旁向重叠度，导致模型的旁向效果较差。**为了解决该问题，DG4Pros创新地采用了平行式布局，这种布局方式能够保证相同的航向、旁向重叠度和旁向视角高度。为了进一步增加旁向视角，减少“屋檐效应”的拉花， DG4Pros将镜头左右倾斜角度从45°提高50°，实现更好的旁向建模效果。

03.全画幅镜头

更大的画幅可以带来更好的宽容度和高感，全画幅的镜头可以以较高的航高轻易地获取物体纹理特征细节；在高密度的高楼中飞行时，能够获取建筑物更多的角度；在内业进行模型拼接时，可以获取更多高楼的立面信息，实现更好的建模效果。

四、结语

随着实景三维中国项目的开展，智慧城市项目也必然迎来井喷。由于短焦距相机的焦段限制，注定其在百米级别智慧城市项目中应对乏力，但盲目拉长焦距又会影响效果和效率。

经过长时间的实验与研发，睿铂DG4Pros相机在航高和模型精度与效果之间取得平衡，并且在相机研发过程中就融合了多次实地测试，经过反复的修正，DG4Pros已经成为睿铂当之无愧的旗舰机产品，是应对百米级智慧城市项目的利器。目前，DG4Pros已经被各大测绘单位广泛应用，其实用性已经得到证明。