傾斜攝影測量在水利工程測繪中的應(yīng)用

王 杰，孟高原

(滄州水利勘測設(shè)計(jì)院，河北 滄州 061000)

近年來，我國的水利工程建設(shè)信息化程度不斷提升，越來越多的信息技術(shù)、空間技術(shù)等一些先進(jìn)的測繪技術(shù)應(yīng)用在我國的水利工程建設(shè)中，給我國的水利工程建設(shè)提供了較為科學(xué)和直觀的依據(jù)，其中傾斜攝影技術(shù)就是在水利工程中應(yīng)用較為典型的一項(xiàng)信息化測繪技術(shù)。傾斜攝影技術(shù)作為一項(xiàng)測繪遙感領(lǐng)域發(fā)展起來的高新技術(shù)，是通過在同一個(gè)飛行平臺中建立多個(gè)傳感器，利用垂直和傾斜的攝影角度來進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，獲得的數(shù)據(jù)信息較為完整和準(zhǔn)確。同時(shí)，傾斜攝影測量技術(shù)具有高精度、大范圍等特點(diǎn)，可以在任何復(fù)雜的場景下實(shí)現(xiàn)高性能的數(shù)據(jù)測繪處理。目前，傾斜攝影三維數(shù)據(jù)可為智慧城市、規(guī)劃、國土、測繪、軍事、災(zāi)害應(yīng)急、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、旅游、電力、油田等多種行業(yè)提供二、三維一體化的數(shù)據(jù)來源。基于傾斜攝影測量技術(shù)在水利工程測繪中的優(yōu)勢，本文進(jìn)行了深入的分析與研究，以期為同行提供理論借鑒和指導(dǎo)。

1 傾斜攝影測量技術(shù)內(nèi)容及優(yōu)點(diǎn)

1.1 主要技術(shù)內(nèi)容

1.1.1 工作原理

傾斜攝影技術(shù)作為無人機(jī)空中飛行的一項(xiàng)高科技測量技術(shù)，主要特點(diǎn)是利用傾斜攝影技術(shù)，在同一個(gè)無人機(jī)上設(shè)置多個(gè)攝像頭來收集圖像，不同角度的傾斜或垂直拍攝，可以讓地理表面的信息更為精準(zhǔn)和完善。

1.1.2 數(shù)據(jù)信息的獲取與處理

傾斜攝影測量基本流程主要包括：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、模型制作、開展測圖、精度檢核、成果提交，如圖1所示。其中，數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和模型制作是傾斜攝影測量的核心內(nèi)容。

在采集傾斜攝影數(shù)據(jù)過程中，基本要求和技術(shù)規(guī)格如下：一是獲得的圖像為真彩色數(shù)字圖像；二是地面分辨率滿足相關(guān)比例尺地形圖的精度要求；三是照片的航向重疊度及旁向重疊度滿足要求；四是圖像質(zhì)量滿足要求，包括影像清晰、對比度適中、色調(diào)柔和明亮；五是漏洞填充。在航飛過程中由于各種原因可能導(dǎo)致部分區(qū)域無影像覆蓋或影像質(zhì)量不合格，應(yīng)對不合格的航片或漏拍區(qū)域及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)拍，漏洞填充按照原設(shè)計(jì)航線和參數(shù)進(jìn)行。

數(shù)據(jù)處理及模型制作可以采用相應(yīng)軟件平臺(如街景工廠)實(shí)現(xiàn)較高程度自動化處理，最終生成真實(shí)場景的三維模型。以此三維模型為基礎(chǔ)，利用相關(guān)軟件可以對其進(jìn)行各種編輯與分析。

1.2 傾斜測量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

(1) 可操作性強(qiáng)。傾斜攝影技術(shù)可以高效、便捷地獲取數(shù)據(jù)信息，工作人員無需在后期進(jìn)行拍攝，通過計(jì)算軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，有著較高的自動化程度。

(2) 三維模型更接近真實(shí)場景。傾斜影像與垂直角度拍攝正射影像相比，可以提供被測量對象的多角度信息，有效補(bǔ)充地面的一些側(cè)面細(xì)節(jié)，極大地彌補(bǔ)了人工模仿真實(shí)度較低的不足，讓建模效果更真實(shí)。

(3) 測繪成本低。傾斜攝影測量一般采用無人機(jī)低空飛行，對天氣、環(huán)境等要求較低，操作靈活簡捷，減少了飛行周期，節(jié)省了操作人員數(shù)量，從而有效地降低飛行成本。傾斜攝影與傳統(tǒng)航攝方法相比，同一無人機(jī)搭載了多架攝像機(jī)，相同架次下可獲得更加豐富的影像數(shù)據(jù)。后期對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行高自動化批量處理分析，節(jié)約了工程的勞動力成本，有效節(jié)省了建模的時(shí)間，減少航拍的次數(shù)，獲得更為直接的地表信息，還能降低和避免儀器出現(xiàn)損耗。

(4) 具有較大的視場角。傾斜攝影測量時(shí)可以對安放在不同角度的攝像頭進(jìn)行角度調(diào)節(jié)，從而獲取多個(gè)不同角度的大量測量數(shù)據(jù)。

2 傾斜攝影測量數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)

在進(jìn)行傾斜攝影測量的過程中，可以獲得多個(gè)視角的攝影數(shù)據(jù)，除了垂直的數(shù)據(jù)信息外，還有多個(gè)方向的傾斜數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的空中三角測量軟件不能對傾斜攝影的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，因此傾斜攝影測量需要解決的關(guān)鍵性技術(shù)為多視影像的密集匹配、多視影像的聯(lián)合平差、數(shù)字表面模型(DSM)生成和真正射影像(TDOM)糾正。

3 傾斜攝影測量在水利工程中的應(yīng)用

自古以來，人們就對水資源的有效利用和管理進(jìn)行了不斷探索，尤其近年來隨著遙感測繪技術(shù)的不斷發(fā)展，信息化的測繪方法也日益在水利工程中得到廣泛應(yīng)用。水利工程涉及環(huán)境評價(jià)、安全檢測及工程建設(shè)管理等多項(xiàng)工作內(nèi)容，利用無人機(jī)實(shí)現(xiàn)低空遙感進(jìn)行測繪及檢測，可以得到快速高效的精準(zhǔn)信息。此外，無人機(jī)傾斜攝影測量具有較強(qiáng)的機(jī)動性，高清的圖像與GPS系統(tǒng)有效結(jié)合，能夠?yàn)樗こ躺鷳B(tài)化建設(shè)提供更為科學(xué)的分析依據(jù)，提高水利工程安全監(jiān)測的可靠性。

4 無人機(jī)傾斜攝影在水利工程測繪中的優(yōu)勢

4.1 傾斜攝影產(chǎn)生測繪元數(shù)據(jù)

在數(shù)據(jù)制作過程中，傾斜攝影制作數(shù)據(jù)是最基本的技術(shù)數(shù)據(jù)。只要產(chǎn)生傾斜攝影數(shù)據(jù)，就可以直接從模型中提取各種輔助數(shù)據(jù)，包括DEM、DSM、DOM等數(shù)據(jù)。傾斜攝影數(shù)據(jù)在處理過程中還可導(dǎo)出與原始斜向攝影相匹配的點(diǎn)云和高密度圖像，可作為輔助測繪成果，對人們了解現(xiàn)場復(fù)雜地形很有幫助。由于現(xiàn)有普通航空攝影缺乏攪動靈活性，很難在云端下獲得圖像。衛(wèi)星遙感受時(shí)間效率低、分辨率低的影響，不能滿足水利工程等重復(fù)測繪和監(jiān)測工作的需要。而以無人機(jī)為遙感飛行平臺，在機(jī)身上裝載數(shù)據(jù)遙感設(shè)備，以遙感數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為技術(shù)支撐，結(jié)合“3S”技術(shù)，可對目標(biāo)水域進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測和數(shù)據(jù)處理。采用無人機(jī)技術(shù)的測繪遙感系統(tǒng)具有獲取高分辨率圖像和快速處理的能力。通過前期的檢查和測試，可以根據(jù)工程需要得到大比例尺的航空影像數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上制作數(shù)字線路規(guī)劃圖、數(shù)字高程模型和數(shù)字正射影像圖，為水利工程建設(shè)提供了重要的信息。

4.2 提供了更加直觀的數(shù)據(jù)支持并提高了工作效率

無人機(jī)傾斜攝影基本上采用低空飛行，攝像機(jī)為高清攝像頭，采集的影像數(shù)據(jù)地面分辨率能達(dá)到2 cm。一般情況下，無人機(jī)設(shè)置地面分辨率為5 cm，一天能獲取1 km2的數(shù)據(jù)。如地面分辨率達(dá)到2 cm，處理獲得三維模型后的視覺感與到達(dá)現(xiàn)場基本一致，為水利工程決策提供了更為直觀的數(shù)據(jù)支持。

生成測區(qū)三維模型后，可利用相應(yīng)軟件平臺對三維模型進(jìn)行編輯、量取、立體測圖等操作。因三維模型具有極好的可視性，能為決策者提供身臨其境的視覺效果，有利于決策者作出決策判斷，從而提高工作效率。

4.3 泛在測繪成為現(xiàn)實(shí)

從20世紀(jì)50年代開始，測繪人員就不斷地將TBS、POS等一項(xiàng)項(xiàng)新技術(shù)融入測繪工作中，提高了測繪效率和精度，從而逐漸讓測繪人員擺脫對專業(yè)理論的依賴，使得每一個(gè)人員只要具備基本的無人機(jī)操作知識就可以生產(chǎn)出測繪數(shù)據(jù)來。在航測數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)處理過程中，隨著相關(guān)軟件平臺不斷更新升級，自動化程度越來越高，只需技術(shù)人員設(shè)置少量參數(shù)就可完成操作。航空攝影測量內(nèi)、外業(yè)高度自動化使其廣泛應(yīng)用在水利工程測繪工作中成為可能。

5 結(jié) 語

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，攝影測量技術(shù)也借助科技優(yōu)勢逐漸走向完善。攝影測量技術(shù)的進(jìn)步，不僅提高了我國各行業(yè)測繪工作的效率和質(zhì)量，還促進(jìn)了我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。雖然已有了一定的發(fā)展，但在以后的工作中，還要在此基礎(chǔ)上利用科學(xué)技術(shù)提升測繪工作的水平與質(zhì)量，不斷滿足社會發(fā)展的新要求，使攝影測量技術(shù)走向智能化、現(xiàn)代化、數(shù)字化和高精度化，從而推進(jìn)我國水利行業(yè)測繪事業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。