基于Dp Modeler 在包含超大面積水域模型精修中的研究與應用

候建梅

（中國水利水電第四工程局有限公司勘測設計研究院，青海 西寧 810000）

一、引言

傾斜攝影測量技術是近年來得到廣泛發(fā)展應用的一項新的測量技術，是隨著科技的飛速發(fā)展而產(chǎn)生的高科技產(chǎn)物，是在攝影測量技術發(fā)展和人們需求增加的基礎上發(fā)展起來的。相對于傳統(tǒng)測量，在獲取所需數(shù)據(jù)方面，其操作更加便利、高效，減少了作業(yè)人員的勞動強度和作業(yè)成本，降低了人工測量的危險性，并在很大程度上提高了測量的精度和準確性。通過新技術實現(xiàn)大量的外業(yè)內(nèi)置，刮風下雨、天寒地凍等天氣也能正常作業(yè)，實現(xiàn)按需測繪，在減少工作量、人力成本、人為誤差方面極大的提高了工作效率。

利用無人機傾斜攝影測量技術生產(chǎn)的實景三維模型，在人未到達施工現(xiàn)場的情況下，實現(xiàn)在移動平臺端對模型進行放大、縮小、移動、多角度觀看等操作，直觀、全面的展現(xiàn)施工地區(qū)及周邊環(huán)境的地貌、地物以及交通情況，可以進一步在桌面端完成對施工區(qū)域施工方案的修改、制定，為存在缺陷區(qū)域的處理提供技術保障。

二、測區(qū)概況

拉西瓦水電站，位于青海省境內(nèi)的黃河干流上，是黃河上游龍羊峽至青銅峽河段規(guī)劃的第二座大型梯級電站。拉西瓦水電站是黃河上最大的水電站和清潔能源基地，也是黃河流域大壩最高、裝機容量最大、發(fā)電量最多的水電站。

本次航空攝影范圍以水電站庫區(qū)兩岸為主體，具體范圍從上游距拉西瓦壩址5km 開始，下游至距拉西瓦壩址1km 結束，左、右岸包括山體陡坡及沖溝。測區(qū)為高山峽谷地貌，河谷狹窄，兩岸岸坡陡峻，高差近700 米。測區(qū)面積30km2，其中水域面積占3.62 km2。

三、技術路線

本項目技術路線分為前期準備，外業(yè)數(shù)據(jù)采集、內(nèi)業(yè)空三建模、模型水面精修四個工序。首先通過低空攝影獲取整個測區(qū)的航片，然后內(nèi)業(yè)利用“無人機管家”進行空三計算、Context Capture 軟件建立傾斜三維模型，在完成影像的空三和建模處理后，輸出OSGB、OBJ 的模型成果，并在此基礎上借助DP Modeler 對模型中的水域進行精修，最終得到完整的實景三維模型成果。

四、項目實施

（一）無人機外業(yè)采集

本項目外業(yè)飛行采用飛馬V300 智能航測系統(tǒng)，搭載V-OP100 傾斜模塊獲取測區(qū)影像數(shù)據(jù)。V300 采用領先的傾轉旋翼機構，具備垂直起降能力，兼顧定點起降及大范圍數(shù)據(jù)獲取能力。該系統(tǒng)配備100HZ 高精度板卡，支持RTK/PPK 融合作業(yè)方式，續(xù)航時間為90min，有效作業(yè)時間長、機動性好、飛行姿態(tài)平穩(wěn)。傳感器模塊均采用多路冗余設計，為飛行安全提供多重保障。

1.航線設計

出于對本次航空攝影范圍作業(yè)面積、飛行時間和影像分辨率的綜合考量，計劃2 架次完成數(shù)據(jù)采集工作，地面分辨率為13cm，航向重疊率為80%，旁向重疊率為70%，飛行高度600m。

2.飛行作業(yè)

在目標區(qū)域周邊尋找合適的起飛位置，起飛前檢查飛行參數(shù)和無人機是否滿足起飛要求，確認無誤后，按照起飛流程開展外業(yè)飛行。

3.數(shù)據(jù)傳輸與質(zhì)量檢查

無人機降落后，通過無人機管家遠程下載飛行POS 數(shù)據(jù)，之后從機載相機的存儲卡中對無人機航飛影像資料進行拷貝，拷貝數(shù)量單鏡頭獲取影像457 張，五鏡頭共獲取影像2285 張。拷貝完成后檢查航飛照片有無過亮、過暗或虛焦等情況，本次航飛數(shù)據(jù)未發(fā)現(xiàn)存在上述問題，能夠直接進行后續(xù)處理工作。

（二）數(shù)據(jù)處理

1.空三計算

空三計算采用飛馬“無人機管家”專業(yè)版軟件。“無人機管家”專業(yè)版軟件，滿足各種應用需求的航線模式，支持精準三維航線規(guī)劃、三維實時飛行監(jiān)控，具備GPS 融合解算、控制點量測、空三解算、一鍵成圖、一鍵導出立體測圖，提供DOM、DEM、DSM、TDOM、2.5D 模型、真三維模型、標準LiDAR 點云等多種數(shù)據(jù)成果及瀏覽。

使用“無人機管家”智理圖GPS 處理模塊對V300 獲取的差分POS 數(shù)據(jù)進行融合差分解算，獲取五個相機每張像片的精準POS，在通過七參數(shù)將WGS 84 坐標系轉換為測區(qū)所在的坐標系。

利用無人機管家智拼圖模塊，分別導入兩個架次五個相機照片和對應POS 數(shù)據(jù)，選擇相機焦距和相機類型，運行進行空三計算，然后導出空三成果Context Capture XML 格式文件。

2.三維建模

三維建模采用Bentley 公司的 ContextCapture 軟件，ContextCapture將從不同視點拍攝的靜態(tài)物體的一組數(shù)字影像作為輸入，通過其他各種數(shù)據(jù)：相機屬性（焦距、傳感器尺寸、主點、鏡頭畸變）、影像位置 (POS)、影像角元素 (INS)、控制點等作為輔助信息，經(jīng)過空三、重建階段的處理，輸出帶有真實紋理的高分辨率的三維格網(wǎng)模型（實景三維模型）。

將飛馬無人機管家導出的ContextCapture XML 文件導入ContextCapture 軟件，在 ContextCapture 再次進行空三計算，空三處理完成后，即可進行傾斜三維模型的生產(chǎn)工作。模型的生產(chǎn)基于空三成果進行模型分塊，在分塊模型的基礎上，提取測區(qū)密集點云，構建不規(guī)則三角網(wǎng)，自動紋理映射等流程，分別生產(chǎn)出測區(qū)OSGB、OBJ 格式實景三維模型成果，并輸出用于DP Modeler 天際航圖像快速建模系統(tǒng)水面精修所需的坐標系空三文件以及未畸變影像。

3.水面精修

三維實景模型水面精修使用DP Modeler 天際航圖像快速建模系統(tǒng)。天際航圖像快速建模系統(tǒng)DP-Modeler 是自主研發(fā)的一款精細化單體建模及Mesh 網(wǎng)格模型修飾軟件。通過特有的攝影測量算法，支持航測攝影、地面影像、車載影像、全景影像、激光點云等多數(shù)據(jù)源集成，實現(xiàn)空地一體化作業(yè)模式，有效的提高三維建模的精度及質(zhì)量。

DP Modeler 安裝完成后有兩個圖標，JasNewslnManager 是用于配置解決方案，DP Modeler 用于軟件的操作、生產(chǎn)。將Context Capture生產(chǎn)出的OSGB、OBJ 模型，導出的空三文件以及未畸變影像導入JasNewslnManager 中完成OSGB、OBJ、空三文件以及影像配置。

使用DP Modeler 打開新建的解決方案，使用OSGB 修飾模塊，以水邊線定一個基準面，使用線功能，沿著水域范圍勾勒范圍線并選中，點擊水面修飾功能，調(diào)整范圍空間參數(shù)，水面有高低起伏的情況下，向上向下指數(shù)精良調(diào)整到合適值，填充色為自定義水面顏色。處理完成后，將自動創(chuàng)建一個將水面高低起伏部分擬合到該基準面的平面。要解決大面積水域的破損，需要重復進行多次的水面修飾處理過程。水面修飾完成后，使用紋理修改功能通過修圖軟件調(diào)整水面顏色，盡量達到真實水面顏色。修飾完成后導出OSGB 格式的三維模型成果，將s3c 格式的索引文件放到對應的模型下，通過索引文件即可打開三維模型。拉西瓦水電站庫區(qū)實景三維模型精修前后對比圖如圖2 所示。

五、小結

本文利用傾斜攝影測量技術，借助DP Modeler 天際航圖像快速建模系統(tǒng)，提供了一套完整的關于包含超大面積水域三維模型存在空洞的解決方案，可以有效解決三維模型在構建過程中，由于水域面缺少特征點難以得到準確的匹配，導致最終我們的成果模型中存在大片水域面積呈現(xiàn)出空洞的情況。相比于精修前的三維模型，精修后的三維模型在視覺效果上有了顯著的提升。

六、展望

傾斜攝影測量技術作為一個新興的技術方法在三維建模和工程測量中有廣泛的前景，傾斜航空影像具有多視角、大重疊度、大傾角等優(yōu)勢，可獲取更豐富的地物信息。在工程應用過程中，其利用不同角度的相機同步獲取地形地物的影像，并且批量自動提取地形地物的紋理信息，極大地提高了三維地形模型的逼真程度，為三維建模提供了一個快速、高效的新方法，快速、精準地進行三維建模的技術為電力輸電線路工程中路徑和塔位選擇、發(fā)變電工程三維設計、項目選址及風電場機位布置等提供了有力的技術支撐。

由于傾斜影像可以把更加豐富的地理信息提供給用戶，用戶體驗更友好，從而使傾斜攝影測量技術在測繪領域展現(xiàn)出了巨大的潛力，在進行所需數(shù)據(jù)的獲取方面，其操作更加便利、高效，使作業(yè)人員的勞動強度以及作業(yè)成本都降低了，同時也成為快速獲取區(qū)域地形信息的重要手段，并在很大程度上提高測量的精度和準確性，尤其是在進行較小區(qū)域的測量時，其技術的先進性更加突出。