傾斜攝影測量技術在水利工程測繪中的應用

梁玉華

（黔西南州水利電力勘測設計院，貴州 興義 562400）

隨著當前國家社會經濟技術水平的持續提高，現代水利的建設范圍也在不斷拓展。在水利工程測繪中，傾斜攝影測量技術也得到了更廣泛的使用。作為在工程測量與遙感應用領域迅速蓬勃發展起來的新技術，它是一種安裝在無人機上的多鏡頭相機，可以全方位無盲區地拍攝指定區域，并能產生真實的三維圖像。傾斜攝影設備在測量地形圖時快速靈活，操作范圍廣，因此，它在水利工程測繪中得到廣泛應用，全面提高了工程測量智能化作業的總體質量和技術水平，也保證了水利工程建設的有效進行。因此，研究傾斜攝影測量技術在水利工程測繪中的具體應用具有較強的現實意義。

1 傾斜攝影測量技術特征

傾斜攝影測量技術的普及應用極大地降低了測繪人員的工作量，可以不需通過計算程序來處理各種信息，從而實現高級別自動計算，不再需要后期拍攝。與傳統垂直視角下進行的正射影像比較，它能夠更好地獲取目標物體的信息，從而補充了地面側的細節，也因此解決了傳統人工模擬的低真實感問題，使3D 模型效果更加貼近于實際情景。傾斜攝影測量技術對天氣條件和環境要求均不高，而且飛行周期也較短。僅需數名專業技術人員即可操作，靈敏度高，大大減少了飛行攝影和勞動力成本。目前，傳統的航拍技術已無法適應現代發展的需要。傾斜攝影測量技術是在其基礎上得到進一步創新。同一架無人機上搭載多個攝像頭，為后續的自動化批量處理和分析提供更多信息數據，減少航拍數量，從而大大地減少了航拍工作量、設計與建模成本，降低了設備損耗[1]。另外，傾斜攝影測量無人機上的攝像頭能夠自由改變視角，以便獲取更寬的視野，為視覺檢測數據資料的獲取與分析提供了重要保證。

2 傾斜攝影測量技術的發展現狀

傾斜攝影測量技術是近年來發展起來的一種嶄新的檢測技術，克服了以往探測遙感技術僅僅通過垂直角度進行拍攝的限制。傾斜攝影測量技術主要是利用各種感應器快速、有效地獲取了海量數據信號，反映出了真實的客觀條件，滿足了人們對三維數據的需求。

但我國目前尚缺乏傾斜攝影的國家技術標準，業界普遍認為按照航空的有關技術標準，圖像的拍攝必須遵循專業航拍規范，而數據則遵循航三、DOM、DEM、DLG 等先進技術的生產規范，但這并沒有技術上全面發展的長期解決方案。如果想要得到更精確的信息，就需要一個系統的技術標準。同時，由于無人機領域內并沒有技術標準以及相應規范，也導致傾斜攝影測量技術的前景受到了很大的影響。盡管傾斜攝影測量技術一直以來在測繪領域內的應用比較普遍，但是由于核心技術尚不是很完善，后期的具體應用仍處于行業內的探索過程當中。從 3D 模型的集成、網頁引擎使用，以及各應用系統或軟件的通用性、后期可修改性等，都是行業內正在逐漸破解的技術問題。加上各企業開發規劃水平也參差不齊，所開發的數據處理系統也亟需進一步提高與改進。傾斜攝影測量技術和垂直攝影一樣都存在著許多的困難。

3 傾斜攝影測量技術在水利工程中的優點

目前隨著我國水利工程信息化水平的不斷提高，越來越多的測繪技術被應用到水利工程建設中，為水利建設和管理提供了科學依據。其中傾斜攝影測量技術最具典型。傾斜攝影測量技術是指利用無人機航測的一種技術。它的最大優勢在于采用傾斜攝像技術在無人機中配置多個攝像機，采用傾斜、垂直等多個視角開展技術測量與資料的收集，能夠有力保障水利工程建設項目，對地表地理資料數據的收集更為全面與精準，為今后工程使用夯實基礎。在水利工程測繪中，因為很多地方太復雜，不能進行人工接入，造成了測量數據的不精確。而通過傾斜攝影測量技術，可以輕松快捷地收集測量數據，從而使相關工作人員可以無須拍照，直接利用測量程序對數據進行處理，自動獲取數據，從而極大地提高了測量技術人員的工作效率和減少了測量成本。另外，傾斜攝影測量技術大多是用于空中飛行，其獲取的影像和資料存在很大的測量范圍。通過調整不同角度的攝像頭角度，可以從不同的角度獲取大量的測量數據。同時，傾斜攝影設備上獲取的影像能夠作為被測對象的角度數據，能有效補償在地面的某些側面細節。

在水利工程領域，傾斜攝影測量技術的使用能夠極大地提高測試效率。工程測量技術人員通過將傾斜攝影測量技術和計算機軟件技術相結合，形成了工程測區三維建模系統，并由此具有了較好的工程可視化。測量等作業不但能夠給決策者產生深刻的印象，有助于他們做出準確的判斷，而且可以提升測繪的工作效率。傾斜攝影測量技術不僅可以保證較高的分辨率，同時相機數據的地面清晰度也可超過5cm，一天內可獲得1km2的測量信息，可見于傾斜攝影測量技術的高效率。同時通過傾斜攝影技術還可使用POS、TBS 等新技術進行工程測繪，使工程測繪人員打破了以往對工程理論知識的依賴性，實現掌握了基礎的無人機作業技能，能夠隨時隨地完成測繪流程，進行項目測量作業，并由此提高水利工程測繪的工作質量和效率，進而大大地提高了測量準確度。由此可見，傾斜攝像測量技術在水利工程中的應用，幫助人們利用先進的定位技術，在不花費大量人力、物力和財力的情況下，即可獲得更逼真的3D 模型，并利用傾斜攝像技術從不同的角度和領域進行觀察，填補了正射影像的不足，可基于配套軟件實現單幅影像測量，進一步擴大了其應用范圍。

4 傾斜攝影測繪技術在水利工程中的應用要點

使用傾斜攝影測量一般需要前期準備、現場考察和操作準備。隨時選擇和監控要使用的航拍設備，明確作業范圍，精心規劃實際作業路線，調整地面分辨率、飛行時間、飛行高度等細節。實地考察需要事先進行實時路線優化，設置地面控制點的數量、飛行操作、儀器和計算，以導入和分析遙感圖像數據。一旦收集到所需的照片，需要使用3D 圖像處理軟件進一步修改、調整和增強，生成具有標準地理信息的地形模型和DMK 圖像數據圖。在水利工程中，傾斜攝影測量技術能用于地形環境復雜的地區。在一些水利工程規模較大、地形條件復雜的地區，通常人工測量難以滿足測量要求。對于工程建設所需的測量數據，如果采用傳統的人工測量方式，風險較大，一定程度上威脅到操作人員的安全，也會阻礙項目工程的進展。而在具體測量過程中，通過高分辨率鏡頭的無人機先到達要求的高度和測定位置，接著獲取所測量范圍內的具體地形，然后通過引導無人機返回指定位置，再將傳輸記錄下來的信息傳至計算機，再經過對信息的內部整理，可以得到所有需要的測量成果，進而為水利工程的建造和驗收節約了時間和資金。

在水利工程中應用傾斜攝影測量技術的過程中，信息的收集和組織以及信息模型的形成是水利工程傾斜攝影測繪工程的關鍵過程，直接關系到水利工程能否準確完成相關測繪工作。在實際測量活動中，必須強化對水利測繪圖像的研究，保證是彩色數字圖像，以及圖像分辨率符合實際工程的特點，才能為工程提供最精確的地形圖數據。在應用傾斜攝影測量技術開展水利測繪時，必須做好航向與橫向重疊分析，以適應水利測量特點，減少測量偏差。測繪人員在通過傾斜攝影測量得到圖像信息時，必須經過嚴格的過濾，對比影像清晰度、色差和亮度等，以確定圖像信息符合標準。測繪人員在通過傾斜攝影測量技術對水利實施檢測后，就必須改變無人機高清攝像頭的角度，以減少拍攝盲點，從而保證了水利工程測繪的準確性。同時利用TIN 網絡建模、紋理制作、3D 建模、圖像投影等技術操作，逐步建立具備三維、直觀、透明等特性的空間模式，這有助于工程測繪人員全面掌握水域的地質狀態，為水利工程建造奠定了扎實的技術基礎。

5 傾斜攝影測量在水利工程中的具體應用

自然資源的合理使用與管理始終是人類深入探究的重要內容，尤其是在遙感測量技術迅速發展的大背景下，信息化測量方法也在水利工程測繪中獲得了應用。在水利工程中主要涉及環境保護評估、安全檢查、工程監督管理等一系列內容。利用傾斜攝影測量技術，可以利用中低空遙感設備實現測繪與探測，大大提高了信息的精確度[2]。而傾斜攝影測量技術還具有極大的機動性，將高清攝影技術與先進GPS 系統相結合，為水利生態建設奠定了較為合理的研究基礎，保證了水利安全檢測的準確性。

5.1 基礎數據采集和處理方面

數據生成過程中，傾斜攝影制作數量是最基本的技術依據。如果獲取了傾斜攝影資料，就可以快速地在模型中提取出DEM、DSM、DOM 等各種輔助信息。在處理資料數據的過程中，可以得出和原始傾斜攝影一致的高密度圖像，從而成為附加的計算成果，可以幫助人們了解復雜多變的自然界現象。但鑒于目前的普通航拍靈敏度較差，無法直接從云端下獲得圖像，而衛星遙感又面臨著準確性差、清晰度低等技術困難。所以，在水利工程的重復性測量、監控等任務上往往無法達到上述需求。而無人機上的測繪遙感信息系統已具備獲得高分辨率影像和高速數據處理的功能。經過前期審查和試驗，能夠按照技術需求獲取大量航拍影像信息。在此基礎上，生成數字路線規劃圖、數字高程模型圖和數據平射影像圖等，為工程設計提供了關鍵信息。在水利工程測繪數據處理中，測量人員可以通過3D 實景模型軟件對測量信息進行處理，從而實現了空中三角測量的3D 建模重構，主要涉及水利工程特征點獲取和匹配、區塊水平差的調整、數值運算等[3]。

5.2 三維模型構建方面

應用傾斜攝影測量技術，易受到水利工程測量區域環境的干擾，從而需要創建適合工程現場狀態的三維模型。而通常傾斜攝影測量技術采用了低空飛行，而放置于其上的高清晰攝像機則能夠收集地面上清晰度約為2cm 的圖片數據，這樣處理后的三維模型也更加真實和直觀[4]。利用傾斜攝影的技術手段與BIM 技術相結合，并利用計算機設備和相應的軟件技術，形成三維空間實景模式。因此，借助三維實景建模技術和BIM 模型的有效結合，就可以建立工程模型，幫助決策者做出判斷，提高工作效率，并為后期工程建設奠定基礎，從而達到工程設計和現實場景的有效融合。

當前傾斜攝像測量技術+BIM 技術作為最前沿、最科學的建筑三維設計方案。未來，隨著傾斜攝像測量技術和BIM 技術的不斷進步，也將為水利工程三維設計人員提供更多基礎參考。

5.3 技術應用要求方面

在水利工程測繪中應用傾斜攝影測量技術時，必須滿足以下要求：通過攝影測量所獲取的影像，應當為原始彩色數字圖像。地面分辨率應當符合大比例尺地形圖的相應精度規定。攝影照片的橫向和方向重疊必須符合測繪要求。圖像對比度應適中、銳利且色彩豐富。與此同時，需要注意的是，航拍時，由于會受到各種外部原因的干擾，部分攝影場景的影像品質可能不好，或者沒有圖像覆蓋。因此，將適用原始航拍路線和相關參數，必須完成缺失區域的補拍，以確保傾斜攝影測量數據具有很強的準確性和完整性。另外，在傾斜攝影測量中，要收集各個角度的數據，就必須把垂直數據信息和不同方向的傾斜數據信息整合在一起，而由于目前航拍軟件還無法解析傾斜拍攝數據，因此需要解決數字曲面建模、多視角像素的密集匹配和調整、實射線圖像校正等一系列技術問題[5]。

6 結語

綜上所述，和常規的工程測量方法比較，傾斜攝影測量技術有著突出的技術優點和廣泛的發展前景，在水利工程測繪中的運用將更加成熟。傾斜攝影測量技術是一門嶄新的工程測量方法，在未來，隨著技術不斷進步，傾斜攝影測量技術在水利行業中的運用范圍將會更加廣泛，使用也將會越來越簡便快捷。但就目前而言，斜向攝影測量技術還存在一些不足，需要我國科研人員不斷努力，逐漸地向著更智能、更精確的目標開發傾斜攝影測量技術，以進一步提高水利工程測繪效率。