数字中国建设已迈入攻坚阶段，空间信息服务正从传统的二维可视化向三维实景化深度转型。纸质地图、CAD矢量图等传统二维空间数据载体因无法直观呈现地物的空间层次、立面纹理及拓扑关系，已难以满足城市精细化治理、自然资源动态监测、文化遗产数字化传承及水利工程全周期管理等领域的实际作业需求。实景三维模型作为衔接物理世界与数字空间的核心媒介[1]，其精度、完整性与真实性直接决定了空间信息应用的可靠性与有效性。而倾斜摄影测量技术凭借无人机平台的灵活机动性[2]、多视角影像采集的完整性，成为现阶段实景三维建模中性价比高、作业效率优的技术路径，正逐步替代传统航空垂直摄影与地面人工建模，成为空间信息产业转型升级的核心技术支撑。

相较于传统航空垂直摄影仅能捕捉地物顶部信息、地面人工建模效率低下且作业成本偏高的弊端，倾斜摄影技术通过无人机搭载多镜头倾斜相机，可完整还原建筑立面纹理、植被覆盖细节，实现现实场景的快速数字化复刻。相关研究表明，采用倾斜摄影技术开展三维建模，每平方千米数据采集耗时仅为传统地面测量的1/5，建模综合成本可降低30%以上。目前，该技术已被广泛应用于城市数字孪生搭建、古建筑数字化存档等，在提升工作效率、降低作业成本方面发挥了显著作用。

但在实际工程应用过程中，倾斜摄影三维建模技术仍面临诸多现实瓶颈，严重制约着其在高精度场景中的推广应用[3]。在模型构建阶段，受复杂地形遮挡(如山区沟壑、密集建筑群)、气象条件干扰(如阴天、微风)等因素的影响，模型极易出现几何畸变、纹理拼接错位等问题[4]。在模型精修阶段，行业内目前仍以人工逐点、逐区域精修为主，自动化精修技术尚未成熟，针对建筑边缘锯齿、植被区域空洞等空中冗余悬浮物等典型缺陷，不仅修复效率低下，而且精修效果往往难以兼顾模型精度与真实场景还原度，部分精修后的模型甚至出现细节失真[5]，无法满足工程测绘使用要求。基于此，深入开展倾斜摄影三维模型构建与精修技术研究，解决实际应用中的技术痛点，具有重要的理论价值与工程实践意义[6]。

为有效提升倾斜摄影模型的构建精度与完整性，缩短建模与精修周期，降低人工精修成本，推动倾斜摄影技术在工程测绘等高精度需求场景中的深度应用，从而为实景三维中国建设提供坚实的技术支撑[7]，本文系统梳理倾斜摄影建模的全流程技术要点，结合水利工程实践中的实际问题，优化模型构建与精修的核心方法，进一步完善倾斜摄影测量与三维建模的技术体系，旨在填补复杂水利场景下模型精修技术的研究空白，为后续相关研究提供切实可行的参考。

01

研究区概况

万家寨水利枢纽坐落于黄河北干流托克托至龙口峡谷段，研究区属北温带气候，气候特征表现为冬季寒冷少雪。黄河上中游地区是我国“两屏三带”生态安全战略的核心组成部分，对保障黄河中下游乃至华北地区的生态安全与防洪安全具有至关重要的屏障作用。研究区库区两岸沟壑纵横，左岸为黄土沟壑区，右岸兼具黄土沟壑区与部分沙盖区特征；属山地地貌，河道两岸峡谷地貌广布，是黄河流域特色的峡谷地貌类型，位列中国美丽十大峡谷之一。复杂的地形地貌特征对倾斜摄影数据采集与三维建模技术提出了高要求，也成为本文研究的核心技术难点。

02

数据采集方案

2.1 倾斜影像获取

本文的倾斜影像数据采用“全域航摄+重点补拍”的采集模式，以大疆M300无人机作为核心航摄飞行平台，搭载赛尔102s五镜头相机完成全域数字倾斜影像采集；针对大坝侧面、悬崖崖壁等常规航摄难以覆盖的区域，利用大疆M300无人机搭载大疆P1相机开展人工手动控制的贴近摄影补拍，确保重点区域纹理细节完整采集。航摄仪及飞行平台如图 1、表 1、表 2所示。

图 1 航摄仪及飞行平台

表 1 赛尔102s相机参数

表 2 大疆P1相机参数

该机型机身采用碳纤维复合材料，结构坚固且轻量化，对称电机轴距达895 mm，空机质量为3.6 kg，起飞质量可达9 kg，具备优异的环境适应性与抗干扰能力，可在-20℃~50℃的温度范围内正常作业，同时达到IP45防护等级，能够抵御7级大风，适配山区、建筑密集区等复杂场景的倾斜摄影作业需求。其采用“下置旋翼”设计，升力在下、重心在上，大幅提升了飞行机动性，搭配六向全向感知避障系统[8]，保障影像采集过程的安全性与连续性。

该机型还具备双控模式、智能复拍等功能，已被广泛应用于城市数字孪生、矿山监测等多个领域，凭借其稳定的性能与较高的性价比，成为倾斜摄影三维建模工程中的首要选择无人机平台。

倾斜航空影像的空中三角测量以多视影像匹配技术为核心，充足的重叠度是保障空三加密精度的前提。结合研究区地形特征与航摄设备性能，确定倾斜航空摄影航飞参数为：相对航高128 m，航向重叠度为80%，旁向重叠度为70%。基于该参数完成全域倾斜影像数据采集，获取的下视影像地面分辨率约为2 cm，影像清晰度、重叠度均满足后续处理要求；同时对大坝及悬崖崖壁开展贴近摄影补拍，通过大疆P1相机手动控制采集，完整获取了大坝侧面和崖壁的纹理细节，为后续高精度建模奠定了坚实的数据基础。

2.2 像控点布设和采集

结合测区内地物分布稀疏、天然特征点不足的现状，采用预制反光靶标作为辅助像控点进行布设。点位选址以地形起伏度小于2°的平缓区域为主[9]，尽量避开沟壑、陡坡等地形突变地段，保证靶标与周边地表间具备稳定的几何约束条件。为有效保障三维模型成果精度，像控点采用200 m×200 m的网格形式布设。此外，在测区全域均匀布设一定数量的检查点，用于对三维模型的平面精度与高程精度进行综合验证。

根据实际情况采用网络RTK测量了约119个像控点和216个检查点，保证了倾斜模型的精度。像控点位置如图 2所示。

图 2 像控点位置

03

实景三维模型的构建和精修

首先，将相机内方位参数、倾斜影像数据、POS定位数据等多源数据导入建模软件，开展多视角影像特征点密集匹配，完成影像的相对定向。其次，根据外业测量获取的像控点点之记文件，在下视影像及倾斜影像的相应位置开展像控点量测[10]。然后，在完成数据导入、像控点添加及连接点补充后，开展空中三角测量平差计算，进行多次迭代优化，直至空三结果正确且精度满足相关要求。之后，在空三成果满足精度要求后，基于影像间的密集匹配点云构建实景三维模型。考虑到研究区范围较大，为提升建模效率与模型质量，采用分区计算的方式开展建模。在完成分区域模型构建后，开展模型接边整理工作：删除重叠区域的重复瓦片，对接边处所有地理要素进行平面、高程位置的精准接边，针对瓦片间出现的错位、色彩差异及缝隙等问题进行针对性处理，确保不同分区之间的模型分块纹理完整，接边自然过渡，实现全域模型的无缝拼接。

倾斜摄影模型制作主要包括资料准备、空中三角测量(空三工程建立、像方连接、像控点量测、区域网平差、空三精度检查)、影像匀光匀色、模型构建及整饰等主要技术环节。总体构建流程如图 3所示。

图 3 实景三维模型构建流程

3.1 实景三维模型构建

在实景三维建模中，空中三角测量是构建高精度三维模型的核心环节，其关键技术涵盖影像匹配、平差优化、多源数据融合等多个维度，直接决定了后续模型的空间定位精度与几何完整性。

3.2 模型精修

自动生成的Mesh模型受数据采集、算法特性等因素影响，不可避免地会出现各类缺陷，无法直接满足工程应用需求。采用DP Modeler[11]软件对自动生成的Mesh模型开展精细化修饰，精修内容涵盖整体检查修改、建(构)筑物检查修改、交通模型修改、水系模型修改、植被模型修改、部件模型修改等6大类，实现模型精度与视觉效果的双重提升。

3.2.1 整体检查修饰

在DP Modeler软件中对倾斜摄影模型进行整体浏览，检查有无明显的拉伸变形、纹理漏洞等问题，并进行相应的修改。

3.2.2 水系模型检查修改

结合实际，对水系模型开展专项检查修改，核心要求为，删除坝区水面且保证水面边界干净整洁。通过人工勾勒与影像识别相结合的方式，精准确定坝区水面范围，逐区域完成水面删除工作，对水面边界进行精细化修整，确保边界清晰、无残留。部分删除水面效果如图 4所示。

图 4 删除坝区水面效果

3.2.3 植被模型检查修改

对研究区内的植被模型进行逐一检查与精修：采用软件删除工具清除单个漂浮的树木模型，避免植被悬空、错位；对植被区出现的1 m×1 m及以上的破洞区域进行精细化修整[12]，填补模型缺损，保证场景效果干净整洁；依据项目要求，对大坝周边、管理区等重点区域的树木模型进行压平修饰，兼顾模型的视觉效果与工程应用需求。部分区域植被压平效果如图 5所示。

图 5 部分区域植被压平效果

3.2.4 建(构)筑物检查修改

对研究区内的建(构)筑物开展全细节检查：针对重点区域建(构)筑物出现的扭曲、拉花、变形等问题进行精细化修整；对于因遮挡、数据缺失等原因无法直接修整的建(构)筑物，采用单体化建模的方式重新构建，并精准映射纹理，确保其几何结构完整、纹理还原真实。建(构)筑物修整效果如图 6所示。

图 6 建(构)筑物修整效果

3.2.5 交通模型检查修改

对交通模型进行检查，针对各类不合理问题开展针对性修改。针对坝区附近重点区域的不完整车辆模型，先采用选择、压平工具对车辆区域进行压平，再通过纹理修改工具修复路面纹理并完成映射；针对路面凹凸超过1 m的区域，采用压平工具整平后重新映射纹理；针对主干道路面斑马线扭曲错位问题，若因路面凹凸原因则先整平路面再修复纹理，若因纹理拼接原因则直接修改纹理并重新映射；针对水面或路面上桥梁的粘连问题，先删除粘连结构并进行重构，确保大型桥梁、涵洞、交通洞与道路或水面结构穿插正确、贯通顺畅，若无法修整则利用倾斜影像开展单体化建模并映射纹理。桥梁的单体化效果如图 7所示。

图 7 桥梁的单体化效果

3.2.6 部件(路灯、电塔、电线杆)模型检查修改

针对模型中路灯、电塔、电线杆、指示牌、监测设备、栅栏、栏杆等部件出现的破损、结构不完整问题，对无法直接修整的部件开展实体化制作，确保其形态、结构合理，与倾斜摄影模型整体相吻合；对于栅栏、栏杆等部件，在DP软件自带的材质库中挑选匹配度较高的样式进行贴图，完成栅栏、栏杆的透明贴图制作。实体化效果如图 8所示。

图 8 电塔实体化效果

 完成单体化建模与各类模型精修后，开展单体化模型与Mesh模型的融合处理，确保两类模型无缝衔接、整体协调。首先对Mesh模型中完成单体化建模的区域进行压平修饰，为单体化模型的贴合奠定基础；然后将单体化数据导出为OBJ格式，在DP软件中导入Mesh数据与单体化数据并完成融合；之后将融合后的模型导出为OSGB格式成果[13]。融合过程中严格把控贴合精度，确保模型与地面完整贴合，无悬空、下陷、明显闪缝等问题，实现单体化模型底座与倾斜摄影模型融合。模型融合结果如图 9所示。

图 9 模型融合结果

构建的“全域检查—分类精修—单体化建模—模型融合”精细化精修流程，可针对性解决Mesh模型的纹理缺损、几何畸变、悬浮物等典型缺陷[14]，有效提升模型的纹理真实度、场景整洁度与细节表达能力，使模型满足水利工程高精度应用需求。经与传统测量方法比较发现，构建的万家寨水利枢纽实景三维模型具备测绘级量测精度，可精准反映水工建筑物的结构形变特征，作业耗时缩短60%，建模成本降低30%以上，在水利工程数字化监管、智能化建设中具有显著的应用价值。

本文为复杂地形下水利枢纽的倾斜摄影三维建模提供了一套完整的技术方案，但在自动化精修、复杂地形航飞路径优化等方面仍有提升空间。后续可结合人工智能、深度学习技术，开展水工建筑物模型自动化精修算法研究，进一步降低人工成本；同时优化复杂峡谷地形的航飞路径规划，提升影像采集的效率与质量，为倾斜摄影测量技术在智慧水利建设中的广泛应用提供技术支撑。

04

结论

本文以黄河干流万家寨水利枢纽为研究对象，针对复杂峡谷地形下水利枢纽倾斜摄影三维建模的技术难点，开展了数据采集、空三加密、模型构建与精细化精修的全流程技术研究，通过优化航飞参数、创新精修流程、完善融合方法，成功构建了具备测绘级精度的水利枢纽实景三维模型，主要得出以下结论。