随着城市发展，高层建筑物数量不断增加，城市逐步走向立体化和规模化。传统城市规划采用基础测绘技术手段获取的二维线画图作为规划底图，缺乏直观性，现有平面地图难以满足城市建设、应急保障、城市规划的需求。与二维数据相比，三维数据具有直观且数据信息丰富等优势，可以动态、多维度地展示城市，辅助开展城市建设。三维城市建模已逐步取代二维数据，成为城市规划建设的主要工具。城市三维建模的源数据是多样的，包括卫星影像数据、近景摄影测量数据以及无人机航拍数据，用于城市规划的三维建模具有精度要求，无人机倾斜摄影测量因具有拍摄范围广、建模速度快、精度较高的特点，且其获取数据的成本较低，满足城市规划所需三维建模的需求。1倾斜摄影测量的关键技术1.1影像匹配不同像片的重叠位置的同一坐标点，如同十字路口拐角，即为同名点，需要提取两幅像片的同名点进行影像匹配。影像匹配的结果直接影响数字表面模型和三维模型的精度，对三维模型的成果质量至关重要。与正射影像相比，倾斜摄影多角度获取影像数据，冗余信息丰富，同名点信息较多，易发生修正错误。特征点匹配方法具有匹配精度高、适应能力强的特点，很多倾斜摄影测量软件是基于特征点的方式进行影像匹配，采用高斯金字塔的匹配策略提高匹配精度。高斯差分金字塔匹配原理如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2022.09.025.F001图1高斯差分金字塔匹配原理1.2多视影像平差倾斜摄影测量从多个角度获取影像，需结合POS外方位元素，采用多视图的平差方法开展工作。使用高斯差分金字塔匹配方法获取像片的精确外方位元素，建立控制点坐标、外方位元素的误差方程，通过多匹配基元数据进行数据误差修正。空中三角测量为平差工作的重点，是根据少量的地面控制点，按照一定的数据模型计算待定点坐标的处理过程，目前多采用光束法。光束法三角测量如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2022.09.025.F002图2光束法三角测量1.3倾斜摄影点云构建使用密集的点云数据构建网络格网面更加准确，通过规则格网和不规则的三角网建立三维模型的三角网络，通常采用TIN作为点云的构网形式，采用波前算法、生长算法以及八叉树等算法进行三角面的构建，多个三角面可以构成一个整体，生成三维模型。TIN构建三维模型如图3所示。10.19301/j.cnki.zncs.2022.09.025.F003图3TIN构建三维模型1.4纹理提取采用自动提取的方式进行目标纹理的提取，采用筛选的方式进行初步选择，根据投影矩阵，每张像片均能够展现目标三角面投影，裁减超出部分。建立三维模型与二维平面像片纹理之间的对应关系，进行纹理映射，其本质是将二维的纹理点坐标换算至三维物体表面，使其三维模型展示与实物相符。纹理提取时应尽量选择清晰的像片。2基于倾斜摄影测量建模试点区域选择济南市某校区，该区域建筑物较多且样式多样，适用于三维模型展示。试点区域正射影像如图4所示。10.19301/j.cnki.zncs.2022.09.025.F004图4试点区域正射影像2.1无人机航线规划无人机飞行航线的规划主要有航线的设定、飞行航高的设定、航行和旁向重叠度等因素；选择较晴朗且无风的天气开展飞行。试验采用大疆四旋翼无人机，相机型号为SONY-7R，传感器大小为36.0 mm，相机的焦距为35.320 2 mm。Hf=GSDα （1）式中：H——相对航高（m）；f——相机的焦距（mm）；GSD——地面的分辨率；α——像元大小。根据无人机倾斜摄影相关测量规范，无人机像片的航向重叠率不得低于53%，一般为60%~80%；旁向重叠率一般不低于15%，通常为30%~60%。本次试验的倾斜摄影建模对影像获取的质量要求较高，设定航向重叠率和旁向重叠率均不低于80%。本次飞行的高度相对地面为550 m。航线规划如图5所示。10.19301/j.cnki.zncs.2022.09.025.F005图5航线规划为了保证试验区域建模的完整性，航线规划应略大于观测区域，确保测区范围能够顺利完成建模。采用Smart 3D软件进行航摄数据处理，运用计算机视觉算法构建三维模型，采用POS数据结算外方位元素，利用基于特征的匹配算法匹配特征点，获取高精度的同名点。2.2控制点布设控制点应满足平面和高程精度要求，保证其布设的质量和数量满足像片控制精度的要求。布设控制点时应避免在密集建筑物、大型水域附近，可以选择较空旷的路口、纹理差异较大的拐角等地点，像控点的布设应避免在测区边界。本次试验采用CORS系统进行控制点的布设，CORS系统是动态点位坐标定位技术。以CORS基准站位固定点，用一台GPS接收机为流动站接收GPS信号，采用区域网布设方案进行控制点布设。区域网布设方法如图6所示。10.19301/j.cnki.zncs.2022.09.025.F006图6区域网布设方法图6(a)方法表示在测区中间位置布设高程点，在四周位置布设平高点；图6(b)方法表示旁向重叠率较低时，需要增加重叠区域的高程点数；图6(c)方法表示采用光束法进行平差模型，需要在关键位置布设平高点；图6(d)方法表示在测区边界密集布设平高点，以满足外业要求。3城市规划管理服务平台三维城市模型能够全方位展示城市的建设成果，并实时更新，使用者可以动态监督城市的土地利用变化情况，更加全面地对城市发展进行科学规划，三维模型可以为城市规划提供技术支持。数字化城市规划管理服务平台可以实现数据共享，实现多单位、多部门的联合办公，实现业务的高效化。城市规划管理服务平台可以实现空间数据的可视化，将倾斜摄影三维模型建立三维GIS规划系统，为城市规划管理提供必要的信息数据支持，通过数据分析得出规划所需的数据结果。基于GIS建立的三维城市规划系统可以有效地结合多种地理信息数据，不断更新城市规划所需信息；通过GIS系统所特有的空间分析、叠加显示等功能，为规划部门提供辅助信息。三维GIS规划系统功能如图7所示。10.19301/j.cnki.zncs.2022.09.025.F007图7三维GIS规划系统功能结合GIS建立的倾斜摄影三维模型，模拟规划区域的建筑物和街道等实物，对现有的建筑物进行查看并提供参照，可以得到规划后的效果图。制定城市规划方案时，可以参照三维模型进行准确的测量，对建筑物区域的容积率、光照时长等进行计算和效果计算。在三维实景平台中，可以充分利用GIS系统的空间分析、定位、查询、统计等功能，根据规划后的效果图全面展示目标区域内的街道实景。三维城市规划系统平台能够直观地展示建筑物的三维仿真模型，用户可以从各个角度和方位对规划后的建筑物细节进行观察，交互修改模型数据，查询相关属性信息。在查询功能中，可以通过设施的类型、关键字段以及其他属性字段进行单一属性查询，也可以通过多字段进行搜索查询，通过定位显示进行地图浏览。基于倾斜摄影测量获取三维模型，采用GIS系统开发基于三维模型的城市实景，用于城市规划管理平台展示，通过平台系统对城市内的道路和建筑物信息进行仿真，在平台内可以进行街景的浏览与查询。制定城市规划方案时，倾斜摄影模型结合GIS平台为城市建设提供指导数据，也可以根据实际需求，对小区或者特定的建筑物进行日照分析、控高分析以及通视性分析，为城市规划管理提供重要的辅助决策数据。随着三维建模技术和GIS技术的发展，倾斜摄影测量技术在城市三维建模中发挥着越来越重要的作用，其可以实现城市规划数字化与模型化，解决城市规划中的数据规范、标准统一的问题。4结语研究基于无人机倾斜摄影测量建立三维模型，结合GIS系统建设规划服务平台。文章阐述倾斜摄影测量测量的相关技术，详细介绍无人机倾斜摄影测量获取数据的主要技术流程，基于三维模型建设规划服务平台，将城市三维模型应用于城市规划建设中。