傾斜攝影技術在河道生態治理中的應用分析

王瀚賢

東莞市運河治理中心 廣東 東莞 523000

對于傾斜攝像技術來講，其具備著靈活機動、技術先進以及運用成本低的特點，將其運用于河道治理工作中，能夠快速、高效以及精準地獲取河道及其周邊環境的數據信息，有助于快速構建河道三維模型，這樣能夠幫助河道治理人員更為清晰、直觀地看到整個河道的地形地貌，從而提高河道治理成效。因此，有必要對此項技術在河道生態治理中的應用做出深入研究，從而確保傾斜攝影技術能夠充分發揮應有價值和作用。

1 傾斜攝影技術概述

傾斜攝影技術屬于國際攝影測量領域當中的一種高新技術，其最早能夠追溯到上個世紀初，早在1904年便有人研發出了8鏡頭的相應傾斜相機攝影系統，這種系統同能夠從8個不同方向開展攝影活動，主要用來開展軍事偵察作業。進入到20世紀30年代后，美國率先打造出了一個傾斜相機系統，其創新性地應用了一個垂直相機以及四個不同角度的傾斜相機，當時被稱為“馬耳他十字”結構，該系統為現代傾斜攝影技術的發展奠定了堅實基礎。自此開始傾斜攝像技術逐漸進入到迅猛發展階段，自20世紀40到90年代，陸續出現了三鏡頭傾斜攝像系統、傾斜數碼相機系統等等。而進入到2010年后，全球無人機行業正式進入到爆發階段，這使得傾斜攝影技術開始與無人機技術進行有機結合，從而迎來了一個全新的爆發式增長階段。現階段，傾斜攝影技術主要指的是通過在同一個飛行平臺當中有效搭載多臺傳感器，然后同時從四個傾斜以及一個垂直等多個不同的角度開展影像采集活動（如圖1），傾斜攝影技術不但可以真實全面地反映地物情況，有效地獲取高精度被測量物的紋理信息，同時還能夠借助先進的定位、融合以及建模等一系列技術手段，打造出逼真的三維模型，有助于相關工作人員更好地了解和掌握被測物的真實狀況。現階段傾斜攝影技術在國內諸多領域已經得到了廣泛運用，包括城市三維建模、土地規劃以及林業管護、電力維修等[1]。此項技術的優勢主要體現在以下幾個方面：

圖1 5相機傾斜攝影示意圖

圖2 河道實景三維模型

1.1 技術先進

目前來看，傾斜攝影技術運用到了無人機技術、傳感器技術以及數字建模技術等一系列高新技術手段，從最初的數據采集一直到數據建模處理，整個作業流程基本都能夠做到自動化開展，可大大提高各類數據信息的采集效率以及質量。

1.2 數據精準

對于傾斜攝影技術來講，其彌補了傳統正向攝影存在的不足，可以站在多個角度有效地采集地物各方面的數據信息，同時借助數字建模技術，能夠為用戶提供一個真實直觀的地物模型，實際精度能夠達到厘米級，可以為相關調查研究活動提供可靠充足的數據信息支持。

1.3 能夠減少野外工作量

對于傾斜攝影技術來講，其能夠在多種不同的環境下開展測量活動，包括一系列地形復雜以及人跡罕至的地區都可以進行運用，有著極強的適應性以及靈活性，這樣可以大幅度減少人工開展的野外調查以及測量工作量，既有助于提高調查測量工作的效率和質量，也可以避免出現安全事故[2]。

2 傾斜攝影技術在河道生態治理中的應用研究

2.1 案例概述

河道生態治理指的是在相應河道陸域控制線當中，在切實滿足防洪、飲水、排澇等一系列河道基本功能要求的前提下，借助人工修復措施來促使區域內河道水生態系統得到有效恢復和改善，以此打造出健康、完整以及較為穩定優質的河道水生態系統的相關活動[3]。該活動在實際開展過程中，需要做到因地制宜以及節能高效，做好前期數據采集建模和規劃，可保證治理效果同時盡可能地降低治理成本以及后期養護費用。

案例工程為國內某市某河道生態治理工程，所需治理河道實際總長度約為11.4km，對于河道疏導段整體長度約為9.2km，對于堤岸防護段河道實際長度約為3.3km，該河道打造了擋水建筑共計2處，構建出的水面面積約為6.3hm2。為提高河道治理工作成效，案例工程對無人機傾斜攝影技術進行了運用，以此為河道治理活動有效地提供一系列數字化測繪成果。

2.2 技術介紹

案例工程本次使用的傾斜攝影技術主要涉及以下幾個方面的內容：

1、大疆經緯M300RTK無人機，實際續航能力約為55min,能夠支持三云臺以及六向定位避障；2、對于傾斜攝影相機主要選用的是賽爾102S，屬于五像頭比較高端先進的免像控測繪相機；3、案例工程對RTK實時差分技術也展開了運用，無人機在實際飛行過程中能夠對RTK實時差分信號做出有效獲取，從而確保能夠得到高精度的一系列航飛POS數據信息；4、案例工程對ContextCaptureCenter數據信息處理軟件（以下簡稱三維建模軟件）進行了選用，其可以滿足三維模型構建、地表模型構建以及三角測量等一系列測繪成果的現實要求[4]。

2.3 作業流程

案例工程先借助傾斜攝像技術有效獲取測區當中的一系列傾斜影像，然后借助數據處理軟件，開展空三處理同時打造實景三維模型以及數字地表模型還有數字正射影像等一系列4D產品。最終根據實景三維模型，借助EPS地理信息工作站開展相應數據信息采集以及河道本身橫縱斷面圖方面的繪制工作等。

2.4 航飛設計

案例工程的飛行方案具體如下：

1、本次飛行的總體航線主要設定為“Y”字形，結合測區兩岸的實際山區地形以及建筑高度，決定分三次開展飛行作業；2、整體設定4條航線，實際相對航高控制在100-200m之間，最終獲取航片達到了4132張；3、對于影像地面分辨率需要優于0.02m，對于河道兩岸的實際航向重疊度還有旁向重疊度，主要設定為80%以及60%；4、對于下視角相機設定為垂直角度開展拍攝活動，對于4個不同朝向的相應傾斜相機，案例工程將其側視角最終設定為-45°；5、本次飛行作業的飛行速度要求控制在8m/s左右。

2.5 測量控制

案例工程本次測量活動開展過程中，對于像控點（主要指的是攝影測量控制加密以及測圖的基礎）以及檢查點，均設置為平高點，前者一共有效布設了15個，后者一共布設3個。其中像控點主要設置在帶狀測區本身的左右兩側，整體主要借助“S”形路線形式進行布點，除此之外，設定的像控點要求徹底覆蓋整個治理區域。對于像控點的測量活動來講，主要借助RTK方式（主要指的是實時動態載波相位差分技術）有效地對中開展3次測量作業，然后取平均值以此充當最終控制點成果。

2.6 飛行作業

為了避免不利氣象條件對本次航飛作業產生干擾和影像，最終選擇在一個能見度相對較好，同時晴朗無云的天氣開展飛行作業。具體航飛過程中，要求逐條航線借助同一架次有效地在2天當中切實完成航飛活動。完成飛行作業之后，需要對獲取到的一系列航攝資料質量開展仔細全面的檢查工作。具體檢查內容涉及以下幾個方面：

1、影像清晰度情況；2、影像的色調情況；3、一系列水系要素必須要保證可以在照片當中做到清晰可辨；4、對于地物需要保證輪廓清晰完整；5、對于相鄰影像間的一系列相同地物需要保證色調一致[5]。

2.7 做好內業數據處理工作

2.7.1 空三加密

案例工程主要借助三維建模軟件開展自動化的空三加密作業（指的是解析空中三角測量，也可以稱之為電算加密或者是攝影測量加密，主要是將像片當中量測的像點坐標作為核心依據，借助嚴密的數學模型，依照最小二乘法原理，同時利用少量野外像控點充當約束條件，然后在計算機當中解求出現階段所攝地區未知點的相應地面坐標）。有效完成空三加密活動之后，需要對加密精度等一系列指標開展檢查工作，在確定切實滿足航攝內業規范中明確提出的定向點、檢查點還有一系列區域網公共點方面的精度要求后，再將這些數據信息提交至下一工序，為構建實景三維模型提供數據信息支持。

2.7.2 空中三角測量

案例工程傾斜航空攝影工作中的三角測量作業主要在三維建模軟件的支持下完成。具體做法如下：先開展航片整理以及影像質量檢查工作，以此確保順序一致，然后需要將定位定姿文件（主要指的是POS文件）有效地放入對應架次的一系列文件夾當中。在此基礎上做好影像對應的一系列POS文件的位置以及相機參數方面的設置工作，最后需要合理設置坐標系統以及影像路徑等一系列參數，以此構建出block文件[6]。

2.8 做好三維建模作業

在完成上述作業之后，案例工程要求相關工作人員借助三維建模軟件（現階段常用的軟件包括Autodesk Maya、3D Studio Max、GodWork以及ContextCaptureCente等）開展實景三維模型方面的自動化生產活動。對于該軟件來講，其內部配有影像密集匹配算法，所以可以自動高效地匹配出一切影像中存在的同名點，同時還可以從傾斜影像中快速地提取出相對較多的特征點，以此打造出三維密集云點，這樣便能夠更為精確以及完整地對相應地物的細節做出充分表達和反映。除此之外，該軟件通過對瓦片技術（主要指的是將相應范圍當中的地圖依照設計好的尺寸以及格式，并且按縮放級別或相應的比例尺，有效地切成若干行以及列的相應正方形格柵圖片）的運用，能夠將建模區域有效地劃分為一系列正方形“Tile”（瓦片），對于每個“Tile”的實際面積能夠結合計算機配置進行科學設置。借助并行機制（指的是將一個工作有效地分成若干份，然后分給不同進程以此同時開展處理工作），可以將每個“Tile”方面的三維模型建立有效地打包為一個具體的任務，并且自動分配節點，從而開展測區方面的三維模型自動化生產制作活動，最終創造出的三維模型具體格式為OSGB（指的是OpenSceneGraph框架的自有格式,是一種二進制數據）。

2.9 做好河道基本情況調查工作

案例工程通過構建出的三維實景模型，能夠有效調查的具體內容包括以下幾個方面：

1、河道兩岸情況調查。案例工程需要治理的河道兩岸存在大量雜草、較為茂密的植被以及護河林還有沿河建筑等等，開展野外實測活動難度非常大，而且容易出現安全事故。借助此次測量活動打造的三維實景模型，能夠幫助相關工作人員直觀清晰地看到河道兩岸較為復雜的真實環境，更好地清查河道兩岸堆積的一系列雜物以及違章建筑等，同時還可以詳細完整地勾勒出實際侵占的具體范圍輪廓，并且有效地標明可辨別的實際侵占類型，這能夠為河道生態治理工作的順利高效開展提供真實可靠的參考和依據[7]。

2、河道現狀調查。借助構建出的三維實景模型，可以對河床淤積、沖刷等問題的真實情況做出充分地了解和掌握，針對一些水質相對較為復雜的區域可以進行標識，然后開展實地探查工作。一是行洪能力調查，結合三維實景模型，案例工程發現部分河段河槽較為狹窄，實際行洪過水斷面存在一定不足，部分行洪灘地打造了較多水產品養殖池，多處區域經常停泊較多的船只，使得河道下游行洪水位得到了持續抬高，進一步延緩了洪水本身的下泄時間，使得上游防洪壓力開始不斷增大。二是水污染調查，結合三維模型當中顯示的河道水體的具體顏色，相關工作人員能夠清晰準確地辨別水污染以及固體廢棄物污染情況，同時還可以能夠幫助相關工作人員及時有效地發現以及排查位置相對較為隱蔽的排污口，這樣可以規避實地巡查活動存在的遺漏問題，有助于提高排污巡查工作成效，從而為河道治理工作提供支持和幫助。

3 結語

綜上所述，在河道生態治理活動中合理運用傾斜攝影技術，不但可以有效地獲取到河道治理活動需要用到的一系列制圖，包括橫縱斷面圖還有大比例尺地形圖等，同時還可以獲取到一個大范圍、實際精度極高的相應三維實景模型，這些制圖和模型可以為河道及其周邊區域生態環境現狀調查、水污染調查以及非法占地調查等等提供支持和幫助，有助于河道治理工作的順利高效開展。文章針對傾斜攝影技術在河道生態治理中的具體運用措施做出了深入研究，以此提高此項技術的運用水平，助推河道治理工作持續向好發展。