輸電線路通道傾斜攝影桿塔模型自動裁剪

宋金秀 譚弘武 王 成 張洪雷 楊大兵

(北京煜邦電力技術股份有限公司,北京100089)

1 傾斜攝影技術

1.1 簡介。傾斜攝影技術是國際遙感與測繪領域近十幾年發展起來的一項高新技術，該技術通過從五個不同視角（一個垂直、四個傾斜）同步采集影像，獲取到豐富的建筑物頂面及側視的高分辨率紋理。它不僅能夠真實地反映地物情況，高精度地獲取物方紋理信息，還可通過先進的定位、融合、建模等技術，生成真實的三維模型。該技術已經廣泛應用于測繪、GIS、環境應用、城市和土地管理、災害與應急、政府和公眾數據信息、國土安全與國防、旅游、娛樂、科學分析、三維地圖服務和三維導航等行業[1]。

傾斜攝影系統集成POS空間定位系統，輔助空間量測。傾斜攝影技術可同步獲取同一地物的東、西、南、北、頂部方向的空間可量測影像，傾斜攝影快速三維建模數據形成多尺度、多類型、多內容的三維地理空間數據，該數據不僅擁有準確地物地理位置坐標信息，并且可精細的表達地物的細節特征，包括突出的外墻和屋頂、建筑物的觀賞性功能，以及地形地貌等精細特征[2]。

圖1 傾斜攝影影像獲取示意圖

1.2 技術流程。采用傾斜攝影技術進行三維建模的后處理軟件以法國ASTRIUM公司的StreetFactory和Acute3D公司的Smart3DCapture軟件為典型代表[2]。利用地物的垂直與傾斜影像以及少量的地面控制點，構建基于真實影像紋理的高分辨率真三維模型[3]。

傾斜攝影測量技術通常包括影像預處理、區域網聯合平差、多視影像匹配、DSM生成、真正射糾正、三維建模等關鍵內容其基本原理如圖2所示。

圖2 傾斜攝影模型技術流程

但進行影像數據采集時，對桿塔、電力線、絕緣子串等模型部件，所采集到的影像數據較少，因此對此類模型進行建模時，并不能保證模型的完整性。為了提高輸電線路通道傾斜攝影三維模型成果展示效果以及后續與激光點云數據、其它三維模型疊加展示效果的提升，利用桿塔坐標構建出桿塔模型的外包圍盒從而實現對不完整桿塔模型的裁剪。

2 數據自動裁剪

2.1 數據格式

本文對數據進行裁剪的類型為3D Tiles格式，是用于流式傳輸大規模異構3D地理空間數據集的開放規范。在3D Tiles中，瓦片集是用樹形空間數據結構組織的瓦片集合。每個瓦片都有一個包圍體完全包圍它的內容。樹具有空間相干性，子瓦片的內容完全包含在父瓦片的包圍體內。為了滿足靈活性的需求，樹可以是任何具有空間相干性的空間數據結構，包括k-d樹、四叉樹、八叉樹、格網。數據組織結構如圖3、4所示。

圖3 3DTiles

圖4 Tileset.json

tileset.json稱為瓦片集數據，是對整個瓦片集的說明以及瓦片的空間組織結構的存儲，瓦片數據負責存儲單個瓦片內的所有三維地理信息數據。root對象即這個數據集的根瓦片，每個3dTiles數據集必須有一個root對象，root瓦片及其children空間組織結構允許數據集使用如下幾種樹結構：四叉樹、八叉樹、KD樹、格網結構。本文所采用的空間數據組織結構為八叉樹，如圖5所示。

圖5 八叉樹組織結構

在對瓦片進行裁剪時，以tileset.json數據文件為入口，利用tileset.json文件樹結構和桿塔包圍盒、瓦片的包圍盒進行相交判斷出需要裁剪的瓦片。為了提高空間相交判斷的準確性，其中桿塔與瓦片的包圍盒均采用OOBB包圍盒。

圖6 瓦片樹結構

2.2 算法流程

本文設計的數據結構如下：

表1 相交類型

此結構體主要為了判定OOBB包圍盒空間位置拓撲類型。

表2 OOBB包圍盒

OOBB包圍盒結構體，篩選出需要裁剪的瓦片，數據來源為桿塔包圍盒與瓦片的包圍盒。

表3 Pla n平面

平面結構體，以平面為單位對模型數據進行裁剪，數據來源為桿塔包圍盒的6個面。

算法流程圖如下：

圖7 算法流程圖

首先利用tileset.json和需要裁剪的桿塔坐標，構建出瓦片和桿塔的OOBB包圍盒，相交判斷由瓦片的6個面依次與桿塔有向包圍盒進行相交判斷，如果6個面都與OOBB相離則為相離，6個面都與OOBB是包含關系則為包含，否則為相交。進行相交判斷時，利用tileset.json組織的樹結構，如果父節點與桿塔的包圍盒相交，則遍歷子節點，否則終止遍歷，此過程為迭代過程。

相交判斷過程完畢后，利用桿塔包圍盒的最大、最小點構建出包圍盒的6個面，依次對需要裁剪的瓦片進行裁剪，保留面外部的瓦片數據，遍歷完需要修改的瓦片集合后，瓦片裁剪過程完畢。