近年来，“数字城市”在很多城市中开始启动建设，城市实景三维构建就是数字城市建设中一项重要内容[1]。随着地理信息技术及计算机技术的发展，测绘地理信息数据来源更广泛，各类数据各有特点和优势。在城市实景三维模型建立中，无人机倾斜摄影测量可实现大范围模型建立[2]，如城市街道、高层建筑等区域，三维激光扫描技术可实现精细化建模，如城市景点、地标建筑等，此外还可借助传统的二维平面数据对低矮、植被覆盖较多、遮挡严重的老城区进行数据采集建模。1城市三维模型建立方法1.1无人机倾斜摄影测量倾斜摄影测量技术是将地面摄影数据采集与航空摄影测量技术相结合的新测量技术手段，采用航空器搭载多个倾斜角度镜头，对测区进行多角度观测，与传统的航空摄影测量相比，从仅能获得垂直影像发展为从多个角度获取影像，补齐了传统摄影测量的短板，为构建地表三维模型提供了数据基础。无人机在测绘领域应用越来越广泛，无人机搭载倾斜摄景测量设备进行城市大范围倾斜摄景测量已成为现阶段城市实景三维建设的主要技术方法，极大地提高城市三维模型建设的工作效率。1.2三维激光扫描技术三维激光扫描技术是测量领域发展较晚的一项新技术，其测量的非接触、面数据获取等特点使其在建筑物测量工作中应用较为广泛。采用三维激光扫描技术进行建筑物立面测量，可以获取建筑物的表面的点云数据，点云数据包含丰富的信息，包括点云的三维坐标、色彩信息及反射强度信息等[3]，解决了传统测量诸多不足之处，可以极大地节省外业工作量，利用内业成熟的配套功能软件可以大幅度提高测量精度。1.3基于大比例尺二维地形图的三维建模传统的三维建模方法主要是以测区内的地形图数据为基础，采集建设物的相对高程信息及表面纹理[4]，在三维建模软件中将建筑物设置到测量的高度，并将纹理贴合于建筑物表面，该方法外业工作量较大，需要获取建筑物的高程信息，可弥补其他测量技术测量时的植被遮挡问题。2关键技术2.1倾斜摄影测量2.1.1POS辅助空三POS系统彻底改变了航空摄影测量对地面控制点的依赖。采用POS辅助空三的基本原理是在无人机飞行设备上搭载能接受GNSS信息的模型，可以接收卫星的定位信号和地面站的定位信号，形成实时差分技术，满足高精度的定位需求。惯导系统IMU可以实时记录无人机的飞行姿态，在拍摄像片的一瞬间获取相机曝光姿态和加速度，可计算出像片的外方位元素。将GNSS数据与IMU数据组合起来就是无人机的POS数据，可以通过共线方程的方法计算像片的高精度外方位元素。x=-fa1(X-X1)+b1(Y-Y1)+c1(Z-Z1)a3(X-X1)+b3(Y-Y1)+c3(Z-Z1)y=-fa2(X-X1)+b2(Y-Y1)+c2(Z-Z1)a3(X-X1)+b3(Y-Y1)+c3(Z-Z1) （1）式中：X、Y、Z——相空间坐标；a，b，c——矩阵旋转参数；X1，Y1，Z1——待求解的外方位元素。2.1.2影像匹配影像匹配的主要过程是同名点的提取及匹配过程，在多幅影像上的同一地物点进行匹配，得到地物点的精确像点坐标[5]。采用人工观测自主进行影像匹配的方法存在匹配精度差、同名点不容易对应的缺点，因此采用影像匹配算法进行同名点匹配，减少工作量，并提高测量精度。采用多视影像匹配技术生成地表的密集点云数据的过程即为密级匹配。倾斜摄影测量获取的影像具有多视影像特点，产生大量的冗余像点，因此多采用多视匹配的方法进行处理。2.2三维激光扫描2.2.1点云配准点云数据配准是三维模型建立不可缺少的关键步骤，由于激光扫描仪扫描范围有限，因此设置多个站点对同一建筑物进行扫描，每个测站获取的数据需要进行平移、旋转等操作才能组合到一起，这个过程就称为点云配准。点云配准实际是不同坐标系之间的转换。将两个或多个处于不同坐标系下的数据通过缩放旋转等过程转换到一个坐标系。坐标转换模型为：XYZ=(1+k)Rx(α)Ry(β)Rz(ς)XOYOZO+ΔXΔYΔZ （2）式中：X、Y、Z——匹配坐标系坐标；k——缩放参数；XO、YO、ZO——原坐标系坐标；ΔX、ΔY、ΔZ——平移参数；Rx、Ry、Rz——旋转参数。2.2.2点云去噪扫描时间段内周边的行人与车辆较少，因此点云噪声点多为树木的树枝以及空气中悬浮的尘土。对于数据量较大，且肉眼能直接分辨的噪声点，直接选中删除即可；对于空气中尘土杂质，则可通过数据处理软件中的“采样”功能剔除；剩余的噪声点离散、距离模型较近，不适宜手工删除，因此可采用软件中的去噪功能剔除。经过前期的去噪后，已将大部分的噪声点剔除，但仍存在较多的灰尘点，这类灰尘点反射率高于建筑物表面或接近地面，使用软件无法清除干净，因此可采用人工识别的方式手动删除。2.2.3数据精简扫描过程分区域进行，因此测站与测站间的扫描数据存在部分重叠，数据中存在很多冗余点。在前期扫描时，为了确保扫描的精度满足精度要求，采集的分辨率较高，需要对点云数据进行删减。在软件中通过重新采样的功能对点云数据进行精简，将点云数据变稀疏。在此过程中，删除的点并不能减少点云数据的细节数据，因此点云数据精简可极大地减少数据量，并保存好点云数据的特征。2.3基于DLG数据建模2.3.1DLG数据预处理DLG数据的预处理工作是三维模型建立的基础性工作，同时也是极为关键的一步，地形图数据及地籍数据中含有大量的冗余数据，因此要对数据进行筛选，保留建模需要的居民地图层、交通图层、植被图层以及等高线图层。2.3.2模型建立与纹理映射通过DLG数据进行三维模型的建设，需要获取建筑物相对高度，主要方式为资料获取或实地量测。资料获取即通过查阅建筑物的建设图纸，得到建筑物的高程，实地测量可采用全站仪悬高测量的方式直接测出建筑物的高程。采用3DMax软件加载二维数据及高程数据搭建三维模型。建筑物的纹理分为侧面纹理与顶面纹理，对于顶面纹理可直接通过建筑物的正射影像获取，对于侧面纹理则可以采用相机采集的方式获取。对于重要的建筑物，采用3DMax软件中精细建模，将纹理贴于建筑物表面。对于居民聚集区域，可采用系统自带的贴图进行批量处理，可节省大量的时间。3应用实例3.1无人机倾斜摄影测量建立模型基于倾斜摄影测量技术进行三维模型建立，基础数据包括航摄像片、POS数据、像控点、实地照片等，主要过程为影像匹配、构建TIN模型、纹理映射。对空三的数据进行检查，确认各项误差均在许可范围内即可开展三维模型的生产工作。选择三维模型的参考坐标系，将三维模型数据提交，软件自动基于瓦片技术进行三维重构。完成设置后，系统根据点云数据生产不同级别的三角网并构成白膜的三维模型。无人机在采集数据时采集了纹理信息，通过高精度的坐标，纹理自动贴合于模型上，生成实景三维模型。倾斜摄影测量建模流程如图1所示，倾斜摄影测量三维模型如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.013.F001图1倾斜摄影测量建模流程10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.013.F002图2倾斜摄影测量三维模型3.2三维激光扫描技术建模三维激光扫描技术可以获取建筑物厘米级的三维精度信息，是建筑物精细化建模的主要方法之一。相较于倾斜摄影测量建模技术，三维激光扫描技术精度更高。三维激光扫描技术建模流程如图3所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.013.F003图3三维激光扫描技术建模流程三维点云数据模型如图4所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.013.F004图4三维点云数据模型获取点云数据后，经过点云配准、数据去噪以及数据精简等过程，获取了建筑物的立面点云数据模型。通过点云数据模型获取建筑物的线划图，根据线划图反演出建筑物的实景三维模型。3.3基于DLG数据建立模型基于DLG数据建立三维模型是较为常见的一种建模方法，对比倾斜摄影与三维激光扫描技术，DLG数据建模的主要特点是基础数据易获得，但需要大量的内业数据处理与建模支撑资料。DLG数据建模流程如图5所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.013.F005图5DLG数据建模流程采用3DMax专业三维建模软件进行三维立体模型的纹理贴图和精细模型建模。充分利用3DMax软件脚本功能，编写建模所需脚本，进行三维模型快速贴图和细节结构建模，从而完成数字城市三维地物模型构建，既节省了建模时间，也提高了建模效率和建模质量。4结语本文将倾斜摄影测量技术应用于城市大范围高层建筑物建模，三维激光扫描技术应用于独立建筑物高精度建模，基于DLG二维数据则应用于低矮建筑物密集的老城区建模，三种建模方式相互配合，共同完成城市实景三维模型建立，可满足不同场景的应用。