淺談傾斜攝影測量技術(shù)在水利行業(yè)的應(yīng)用

蔡悅

摘 要：傾斜攝影測量技術(shù)由于其建模速度快、精度高、費用低等優(yōu)點，在測繪領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。快速、高精度的三維立體模型將為數(shù)字水利的建設(shè)提供強有力的技術(shù)支持。本文闡述的傾斜攝影測量的原理及特點并結(jié)合水利行業(yè)信息化的發(fā)展方向，對傾斜攝影測量在水利信息化建設(shè)中的應(yīng)用進行了思考與探究。

關(guān)鍵詞：數(shù)字水利；傾斜攝影測量；三維建模

1 引言

隨著“數(shù)字地球”的不斷發(fā)展，“數(shù)字水利”的概念被提出并依托計算機技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、3S 技術(shù)等高新技術(shù)手段為國家水資源的管理與利用提供服務(wù)。然而傳統(tǒng)的二維地圖所提供的數(shù)據(jù)信息已無法滿足越來越多元和廣泛的水利需求。必須建立逼真的三維現(xiàn)實場景，并構(gòu)建以此場景為基礎(chǔ)的系統(tǒng)為數(shù)字水利的發(fā)展服務(wù)。

2傾斜攝影測量

傾斜攝影測量技術(shù)是國際測繪領(lǐng)域近年來倡導(dǎo)使用的一項高新技術(shù)。它顛覆了以往影像只能從正攝角度拍攝影像的局限，通過不同的角度采集影像數(shù)據(jù)，將用戶引入了符合人眼視覺習(xí)慣的真實且直觀的世界。

2.1傾斜攝影測量概述

傾斜攝影測量以飛機為承載平臺，融合了傳統(tǒng)航空攝影測量和近景攝影測量技術(shù)。它通過在同一飛行平臺上安置的1 臺垂直相機及4 臺傾斜相機，可以在一次飛行過程中同時獲取正下方地物頂部影像及前、后、左、右四個方向地物的側(cè)面影像。

拍攝相片時，相關(guān)航測參數(shù)如航高、航速、航向重疊、旁向重疊、坐標(biāo)也應(yīng)同時被下來以便后期對傾斜影像進行分析和處理。某時期飛機連拍影像重疊的照片如圖1所示。

2.2傾斜攝影測量的技術(shù)特點

以往的航拍正射影像只能從垂直角度拍攝地物，而低空無人機傾斜攝影測量系統(tǒng)通過在同一個無人機平臺上搭載多臺傳感器，同時從多個不同的角度采集影像，可以快速、高效獲取豐富的數(shù)據(jù)信息，從而得到地物的不同立面信息，有利于三維模型的細(xì)節(jié)構(gòu)造。相對于傳統(tǒng)的航空攝影測量手段多個角度地物目標(biāo)的特征信息能夠有效彌補了傳統(tǒng)正射影像的不足。傾斜攝影所獲成果不僅可以構(gòu)建可量測的傾斜實景影像系統(tǒng)，供用戶進行包括高度、長度、面積、角度、坡度等屬性的多角度快速瀏覽和空間量算，還可作為三維建模的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采取批量處理的方式快速構(gòu)建三維景觀模型，充分發(fā)揮航空攝影作業(yè)效率高的優(yōu)勢，有效降低三維建模的成本。三維建模的技術(shù)流程如圖3所示。

2.3傾斜攝影測量的發(fā)展

近年來，傾斜攝影測量技術(shù)趨于成熟，一些商品化的傾斜攝影測量系統(tǒng)陸續(xù)出現(xiàn)；硬件系統(tǒng)以美國Pictometry 傾斜攝影相機和國內(nèi)四維遠(yuǎn)見SWDC - 5傾斜攝影相機為代表。數(shù)據(jù)后處理軟件以美國Pictometry 系統(tǒng)和法國Infoterra的像素工廠為代表，除此之外，徠卡公司的LPS 工作站、AeroMap 公司的MultiVision 系統(tǒng)、Intergraph公司的DMC 系統(tǒng)、Astrium 公司Street Factory 系統(tǒng)等軟件都達到了實用化的水平。在國內(nèi)主要有：紅鵬公司推出的無人機敏捷自動建模系統(tǒng)、超圖軟件公司的SuperMap GIS 7C 軟件、立得空間公司的Leador AMMS 以及武漢天際航公司的DP-Modeler等傾斜攝影測量軟件。此外，微軟公司的UltraCam Osprey傾斜攝影測量系統(tǒng)也已投入商用，此舉無疑將把傾斜攝影測量的技術(shù)競爭引向更高水平。

3數(shù)字水利的建設(shè)與發(fā)展

當(dāng)前，信息化正在加速向水利行業(yè)滲透。多學(xué)科、跨領(lǐng)域的各項新興技術(shù)正不斷為水利行業(yè)的發(fā)展提供著幫助與支持。傳感器技術(shù)日趨成熟，為信息采集、數(shù)據(jù)的可視化提供了前所未有的技術(shù)手段和解決方案，將對水利的規(guī)劃、設(shè)計、安全管理等產(chǎn)生全方位的影響，為水利行業(yè)全面技術(shù)升級提供了可能。我們把利用以信息技術(shù)為核心的一系列高新技術(shù)對水利行業(yè)進行全面技術(shù)升級和改造這一過程形象地稱為數(shù)字水利。

數(shù)字水利通過綜合運用計算機技術(shù)、遙感、GIS、GPS、多媒體技術(shù)、大規(guī)模存儲技術(shù)以及智能數(shù)字采集等技術(shù)，以各種數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施為框架，獲取水事活動中相關(guān)的水文、氣象、環(huán)境、水情、工情等各種水利信息，將水利工作信息納入一個即時的可管理、可監(jiān)控、可調(diào)度的科學(xué)平臺；數(shù)字水利主要包括數(shù)字防汛、數(shù)字調(diào)水、數(shù)字水土保持、數(shù)字水資源、數(shù)字水文、數(shù)字水利工程以及電子政務(wù)和綜合水利會商等內(nèi)容。因為水利信息絕大部分都是空間信息.空間信息非常復(fù)雜，涉及到點、線、面和三維空間的復(fù)合問題，因此，構(gòu)筑“數(shù)字水利”系統(tǒng)離不開航測技術(shù)所提供的空間數(shù)據(jù)。

4傾斜攝影測量技術(shù)的數(shù)字水利應(yīng)用

4.1水利規(guī)劃管理及工程建設(shè)

水利規(guī)劃作為一項先導(dǎo)性工作，是數(shù)字水利重要的一步，對水利工程設(shè)計、建設(shè)發(fā)揮著決定性的作用。以往，水利規(guī)劃人員利用傳統(tǒng)的二維地圖結(jié)合實地的勘測，通過專業(yè)技能和想象力構(gòu)思規(guī)劃，并通過文本、二維圖件等形式表達規(guī)劃成果。隨著這些年傾斜攝影測量對三維建模技術(shù)的發(fā)展的推動，三維規(guī)劃系統(tǒng)的應(yīng)用，為在水利規(guī)劃過程中進行現(xiàn)場勘查、規(guī)劃設(shè)計、方案對比、信息管理等提供了極大便利。與此同時，傾斜攝影測量技術(shù)能夠便捷的獲取實景的三維數(shù)據(jù)，這為在實際工程中如大型水利建設(shè)中土石方量計算、水工建筑物的信息獲取、壩址選取、大型水庫淹沒區(qū)估算等提供了有效的數(shù)據(jù)依據(jù)，為水利工程建設(shè)節(jié)約了時間，也節(jié)約了成本。

4.2.水域安全管理及防災(zāi)減災(zāi)

借助傾斜攝影技術(shù)構(gòu)建的可量測實景和三維模型系統(tǒng)，非GIS專業(yè)的管理者也可以直觀、全面地掌握災(zāi)害發(fā)生地的環(huán)境信息，方便日常監(jiān)管、決策指揮。在天津特大火災(zāi)爆炸案中，利用傾斜攝影測量采集的數(shù)據(jù)構(gòu)建三維模型，使得搶險工作在立體沙盤上直觀清晰的進行。面對水利災(zāi)害，構(gòu)建的三維模型系統(tǒng)一方面能夠有效地傳遞洪水水位信息，獲取實時的洪水情況，為防汛指揮工作提供強有力決策支持。另一方面，清晰的三維可視化能夠直觀的反應(yīng)受災(zāi)情況，評估受災(zāi)面積、受災(zāi)房屋數(shù)量以及受災(zāi)程度等，并對水體污染、大面積泥石流、滑坡等山地災(zāi)害進行預(yù)警和監(jiān)控。與此同時，真實三維場景的建立還為應(yīng)急指揮人員同現(xiàn)場人員及社會公眾的互動交流提供了便利。

4.3.水文信息分析與管理

水文信息是水利的重要組成部分，流域水資源合理開發(fā)、運行調(diào)度、管理、保護，水利工程管理都需要水文數(shù)據(jù)做堅實的后盾基礎(chǔ)。利用傾斜攝影測量技術(shù)建立三維模型與GIS技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建三維可視化的數(shù)字水利系統(tǒng)，將傳統(tǒng)水文中水位、摘錄雨量、錄入蒸發(fā)量等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行分析，能夠更加直觀和有效的獲得水情現(xiàn)狀，精確的水情現(xiàn)狀信息能夠為水情預(yù)報與監(jiān)測、流域保養(yǎng)水能力，水庫調(diào)度提供強有力的支持。

5 結(jié)論與展望

傾斜攝影測量技術(shù)的飛速發(fā)展為獲取地物的多角度紋理細(xì)節(jié)特征提供了豐富的信息，也為人工智能的三維實體重建提供了技術(shù)支持。然而，傾斜攝影測量高精度匹配仍然亟待解決的關(guān)鍵性問題，對于三維模型的表達也會存在局部失真的情況。隨著數(shù)字水利的發(fā)展，通過傾斜攝影測量所提供的三維成果并結(jié)合其他傳感器的測量數(shù)據(jù)，建立起一個 “數(shù)字水利系統(tǒng)“，將為水利事業(yè)的發(fā)展提供更全面的服務(wù)。

參考文獻

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