航測(cè)與遙感技術(shù)三維建模的應(yīng)用分析

方毅

【摘 要】隨著信息技術(shù)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國已經(jīng)邁入信息化時(shí)代，數(shù)字地球等各種數(shù)字化概念應(yīng)運(yùn)而生，諸如水利工程等各行各業(yè)都開始建設(shè)和普及數(shù)字水利GIS應(yīng)用系統(tǒng)，利用航測(cè)和遙感技術(shù)進(jìn)行三維建模，徹底代替了傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方式。

【Abstract】With the continuous development of information technology and science and technology， China has entered the information age， digital earth and other digital concepts have emerged as the times require. All kinds of industries， such as water conservancy engineering， begin to construct and popularize digital water conservancy GIS application system， and use the aerial survey and remote sensing technology to carry out 3D modeling， which has completely replaced the traditional engineering design method.

【關(guān)鍵詞】航測(cè)；遙感技術(shù)；三維建模；應(yīng)用

【Keywords】aerial survey； remote sensing technology； 3D modeling； application

【中圖分類號(hào)】P237 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）11-0144-02

1 引言

進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，空間信息技術(shù)飛速發(fā)展，二維數(shù)據(jù)已經(jīng)無法滿足專業(yè)需求，而以三維空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)表達(dá)方式，更加直觀全面，這種4D產(chǎn)品也成為數(shù)字王國的核心數(shù)據(jù)。

在科技推進(jìn)和社會(huì)進(jìn)步的大前提下，航測(cè)與遙感技術(shù)的應(yīng)用更加深入，尤其是在勘測(cè)領(lǐng)域和運(yùn)輸行業(yè)等專業(yè)領(lǐng)域，發(fā)揮了非常重要的作用。近幾年，遙感技術(shù)也已經(jīng)廣泛應(yīng)用到新工業(yè)和新技術(shù)，包括水文地質(zhì)勘探和地圖測(cè)繪等，可以更好地服務(wù)于地質(zhì)相關(guān)行業(yè)，同時(shí)加強(qiáng)了對(duì)航測(cè)測(cè)圖技術(shù)、航空攝影技術(shù)、智能化系統(tǒng)以及全球定位系統(tǒng)等新技術(shù)的應(yīng)用。

2 關(guān)于航測(cè)與遙感技術(shù)的概述

進(jìn)入新時(shí)代以來，全球航空及信息技術(shù)發(fā)展迅速，而航測(cè)與遙感技術(shù)也成為新技術(shù)的代表之一，在各個(gè)領(lǐng)域和行業(yè)都有所應(yīng)用，作用非常突出。航測(cè)遙感的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)先進(jìn)設(shè)備的充分運(yùn)用，其基點(diǎn)是電磁波和紅外線，能夠?qū)μ囟ǖ攸c(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確勘測(cè)，精確度相對(duì)較高。不同于傳統(tǒng)的勘探與測(cè)量方法，航測(cè)與遙感技術(shù)無需實(shí)地考察，它只需要通過衛(wèi)星等各種設(shè)備，對(duì)特定區(qū)域進(jìn)行全面掃描，從而獲取有效信息。

同時(shí)，通過運(yùn)用遙感設(shè)備，可以在很大程度上提升勘測(cè)結(jié)果的精確率，尤其是對(duì)高清拍攝設(shè)備的應(yīng)用，能夠有效保障航測(cè)與遙感技術(shù)發(fā)展的持續(xù)性。近幾年，航測(cè)與遙感技術(shù)在自動(dòng)化方面迅速提升，不僅工作流程更加簡化，技術(shù)人員的需求數(shù)量越來越少，而且還可以對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行動(dòng)態(tài)勘測(cè)。具體而言，可以在勘測(cè)基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際勘測(cè)需求，將相關(guān)參數(shù)準(zhǔn)確輸入，這樣設(shè)備就可以自動(dòng)遙感，并可以運(yùn)用相關(guān)軟件來對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)出客戶所需求的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。總而言之，以勘測(cè)領(lǐng)域?yàn)榇淼母餍懈鳂I(yè)，都在航測(cè)遙感集輸?shù)谋Ｕ舷卵杆侔l(fā)展，工作效率也大幅度提升，可以說航測(cè)與遙感技術(shù)已經(jīng)成為勘測(cè)過程中必不可少的工具，我們可以結(jié)合實(shí)際勘測(cè)需求來選擇最佳設(shè)備，進(jìn)而完成遙感。

3 關(guān)于航測(cè)與遙感技術(shù)三維建模的具體應(yīng)用

與二十世紀(jì)相比，二十一世紀(jì)在地球空間信息技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出和發(fā)展了數(shù)字化概念，三維空間數(shù)據(jù)逐漸代替了二維數(shù)據(jù)，4D產(chǎn)品不斷發(fā)展。

3.1 關(guān)于4D技術(shù)的應(yīng)用

所謂4D，就是指DEM、DRG、DLG以及DOM，他們分別代表著數(shù)字高程模型、數(shù)字柵格地圖、數(shù)字線劃地圖以及數(shù)字正射影像圖。而4D技術(shù)就是指生產(chǎn)4D產(chǎn)品的各項(xiàng)技術(shù)，目前4D技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，以水利工程設(shè)計(jì)為例，已經(jīng)普及了DLG產(chǎn)品和DRG產(chǎn)品，他們?cè)谥茍D和平面設(shè)備過程中發(fā)揮了重要作用，不過由于受限于專業(yè)技術(shù)條件，目前水利工程設(shè)計(jì)中對(duì)DEM和DOM的應(yīng)用相對(duì)較少，這些限制主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：

一是DOM和DEM數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)格式比較固定，必須使用ERDAS或者ARC等專門軟件才可以處理，但是這些專業(yè)軟件很少運(yùn)用于水利工程行業(yè)；

二是目前市面上大部分CAD軟件只注重生成設(shè)計(jì)圖紙，很少考慮如何應(yīng)用數(shù)字影像；

三是運(yùn)用DEM和DOM需要設(shè)計(jì)大規(guī)模地形可視化的算法，但是水利工程設(shè)計(jì)中需要設(shè)計(jì)大量的DEM信息，而DOM由于包含色彩信息，其信息量更加龐大，運(yùn)用起來非常復(fù)雜。

3.2 以4D技術(shù)為基礎(chǔ)的三維建模的具體應(yīng)用

以4D技術(shù)為基礎(chǔ)的三維建模的具體應(yīng)用流程，應(yīng)當(dāng)包括以下三個(gè)層面：

一是數(shù)據(jù)的采集。在4D產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，數(shù)據(jù)采集方式比較多樣，站在目前科技發(fā)展?fàn)顩r的角度來看，這種差異性體現(xiàn)在各個(gè)方面，包括傾斜航空攝影和大飛機(jī)航空攝影兩種：我們以大飛機(jī)航空攝影為例，這種攝影需要提前在飛機(jī)上安裝攝影機(jī)，并且要保證攝影機(jī)位置的精確性，以能夠全方位地對(duì)地面進(jìn)行攝影，同時(shí)，在攝影過程中，飛機(jī)的路線必須完全符合設(shè)定航線，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)攝影，相鄰影像之間應(yīng)當(dāng)具備航向重疊，也就是一定的重疊度，大部分情況下，航向重疊要在百分之六十以上，因?yàn)橹罂傁嗷ブ丿B會(huì)構(gòu)成立體像對(duì)，如此在完成一條航線的拍攝之后，飛機(jī)再進(jìn)入下一條航線的拍攝，而相鄰航線的影像之間應(yīng)當(dāng)具備旁向重疊，也就是在百分之二十以上的重疊度。除此之外，在航空攝影測(cè)量過程中，應(yīng)當(dāng)應(yīng)用專業(yè)的航空攝像機(jī)，這種攝像機(jī)專業(yè)性更強(qiáng)，而且幅面較大。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，目前大飛機(jī)航空攝影的種類越來越多，包括POS扶助航空攝影以及機(jī)載SAR成像航空攝影等。

二是數(shù)據(jù)的處理。站在某種角度而言，攝影測(cè)量與遙感技術(shù)生產(chǎn)產(chǎn)品的基本模式各不相同，也就是4D產(chǎn)品，通常包括數(shù)字正射影像圖和數(shù)字線劃圖兩種。首先是數(shù)字正射影像圖，這種攝像圖就是運(yùn)用數(shù)字高程模型，來逐像元輻射糾正已經(jīng)掃描和處理過的數(shù)字化航空像片，并基于對(duì)應(yīng)圖幅范圍對(duì)其進(jìn)行裁切，最終生成不同的影像數(shù)據(jù)和帶有公里網(wǎng)格等的平面圖，數(shù)字正射影像圖的優(yōu)勢(shì)就在于功能多樣化、影響特點(diǎn)突出以及幾何精度較高，可以在背景控制信息方面加以應(yīng)用，來對(duì)不同數(shù)據(jù)和信息的精確度進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，除此之外，它還能夠?qū)χ匾娜宋男畔⒑妥匀恍畔⒓右蕴崛。?duì)地形圖進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)更新；第二種是數(shù)字高程模型，所謂數(shù)字高程模型，就是指高斯投影平面下所有不規(guī)則和規(guī)則網(wǎng)店的高程以及平面坐標(biāo)等各種相關(guān)數(shù)據(jù)集，數(shù)字高程模型的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是能夠?qū)Φ乇硇螒B(tài)進(jìn)行全方位地控制；二是可以對(duì)高程點(diǎn)等相關(guān)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行準(zhǔn)確采集；三是能夠?qū)⑵露葓D和等高線等其他信息派生，同時(shí)有效融合其他相關(guān)信息，將全面、重要、真實(shí)的參考數(shù)據(jù)提供到地形分析的過程。

三是DEM計(jì)算。也就是將數(shù)模建立在DEM文件上，然后運(yùn)用雙曲拋物面內(nèi)插法來對(duì)數(shù)字高程進(jìn)行快速獲取，并自動(dòng)獲取路線地面橫斷面數(shù)據(jù)和路線中線地面高程等數(shù)據(jù)。橫斷面數(shù)據(jù)一方面可以支持抬桿方式，另一方面也可以支持相對(duì)中樁的數(shù)據(jù)格式，因此，這些數(shù)據(jù)可以在其他CAD計(jì)算軟件中直接應(yīng)用，來計(jì)算數(shù)量或者設(shè)計(jì)方案。因?yàn)閿?shù)模處理具備實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)，因此可以批量輸出高程，從而進(jìn)行方案的最優(yōu)化比選。

四是基于航測(cè)與遙感技術(shù)三維建模的應(yīng)用。目前這種三維建模方式已經(jīng)廣泛應(yīng)用在國土規(guī)劃、水利水電規(guī)劃、城市管理以及公路鐵路規(guī)劃的方案選定和運(yùn)營管理中，且效果良好，具體而言：如果工程項(xiàng)目的精度要求不高且范圍較大，在數(shù)據(jù)采集時(shí)可以使用航天遙感方法；如果工程項(xiàng)目的精度要求不高且范圍較小，那么數(shù)據(jù)采集時(shí)可以使用低空無人機(jī)攝影測(cè)量法；如果是城市三維建模，在數(shù)據(jù)采集時(shí)可以使用激光雷達(dá)法或者傾斜攝影測(cè)量法；如果工程項(xiàng)目高程精度要求高且范圍較大，在數(shù)據(jù)采集時(shí)可以使用激光雷達(dá)法。

4 結(jié)語

綜上所述，目前對(duì)航測(cè)與遙感技術(shù)三維建模的應(yīng)用越來越廣泛，不僅有助于作業(yè)量的減少，也能有效提升測(cè)量精度，將重要精確的信息數(shù)據(jù)提供給各行各業(yè)，從而有助于國家的可持續(xù)發(fā)展和提升各個(gè)領(lǐng)域的運(yùn)營效益。

【參考文獻(xiàn)】

【1】文翠蘭.航測(cè)與遙感技術(shù)三維建模的應(yīng)用分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2016（15）：371-371.