攝影測(cè)量方法在工程應(yīng)用中的分析研究

仝海飚

（大同市勘察測(cè)繪院，山西大同037000）

攝影測(cè)量方法在工程應(yīng)用中的分析研究

仝海飚

（大同市勘察測(cè)繪院，山西大同037000）

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，大型工程項(xiàng)目逐漸增多，傳統(tǒng)的工程測(cè)量方法測(cè)量范圍小、精度低，顯然不能適應(yīng)當(dāng)今市場(chǎng)的需求。我國(guó)工程測(cè)量方法日益增多，在測(cè)量范圍和準(zhǔn)確性上都有了很大程度的提升，其中攝影測(cè)量方法以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在工程項(xiàng)目中被廣泛應(yīng)用。論文就攝影測(cè)量方法在工程項(xiàng)目中的應(yīng)用作了簡(jiǎn)單的分析和研究。

攝影測(cè)量；工程；研究

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.10.005

1 引言

測(cè)量是工程項(xiàng)目建設(shè)中一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，只有保證測(cè)量范圍和結(jié)果的準(zhǔn)確，才能為后續(xù)項(xiàng)目建設(shè)奠定可靠的基礎(chǔ)。而隨著時(shí)代的進(jìn)步，在工程測(cè)量領(lǐng)域中，現(xiàn)代測(cè)量方法與過去相比有了進(jìn)一步的突破，無論是測(cè)量范圍，還是測(cè)量精度，都更加準(zhǔn)確和科學(xué)，對(duì)于我國(guó)工程測(cè)量事業(yè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。在現(xiàn)代測(cè)量方法中，攝影測(cè)量方法被越來越多地應(yīng)用于工程測(cè)量中，并且為工程測(cè)量事業(yè)發(fā)揮了巨大的作用。

2 攝影測(cè)量方法工程應(yīng)用中的空中三角測(cè)量研究

在工程測(cè)量中空中三角測(cè)量具有一定的難度，對(duì)測(cè)量方法有較高的要求，因此，傳統(tǒng)的航空攝影測(cè)量不能滿足空中三角測(cè)量的要求，目前，在空中三角測(cè)量中常用的現(xiàn)代攝影測(cè)量方法有SfM法和旋轉(zhuǎn)多基線法。SfM攝影測(cè)量方法的基本流程是先將影像進(jìn)行兩兩匹配，在配對(duì)成功的影像中找到初始最優(yōu)的匹配對(duì)，然后再加入其他新的影像，同時(shí)將新影像與初始影像平差，最終完成所有有效影像的添加。SfM攝影測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)無序影像進(jìn)行處理，使攝影測(cè)量過程不受到影像順序的局限，增加了測(cè)量過程的靈活性。而SfM攝影測(cè)量方法也有不足，因?yàn)樵跀z影測(cè)量過程中需要對(duì)所有拍攝到的影像進(jìn)行兩兩匹配，一旦遇到規(guī)模較大的測(cè)量任務(wù)時(shí)，需要消耗大量的時(shí)間，降低了測(cè)量效率；并且在影像匹配過程中容易出現(xiàn)誤差，一旦有2個(gè)毫不相關(guān)的影像進(jìn)行了匹配，就會(huì)給測(cè)量數(shù)據(jù)帶來一定誤差。旋轉(zhuǎn)多基線攝影測(cè)量方法是由傳統(tǒng)測(cè)量方法演變而來的，具體的操作方法為：首先將被測(cè)目標(biāo)劃分為多個(gè)子塊，然后對(duì)這些子塊進(jìn)行攝影，最終通過影像構(gòu)成的條帶得出測(cè)量數(shù)據(jù)，在對(duì)子塊攝影的過程中所有子塊構(gòu)成的影像都是有所差異的，尤其對(duì)高邊坡測(cè)量時(shí)，測(cè)量精度可以高達(dá)萬分之一，對(duì)于保證高邊坡施工具有重要作用。旋轉(zhuǎn)多基線攝影測(cè)量在測(cè)量過程中仍然受到傳統(tǒng)攝影測(cè)量方法的局限性，要求對(duì)被測(cè)目標(biāo)中每張影像都劃分子塊，增加了測(cè)量的工作量[1]。

3 攝影測(cè)量方法工程應(yīng)用中的匹配優(yōu)化研究

影像匹配對(duì)于攝影測(cè)量而言具有重要的意義，因?yàn)樵跀z影測(cè)量中需要通過同名光線的交會(huì)，獲取物方的三維信息，由此可以看出同名點(diǎn)的測(cè)量是攝影測(cè)量中的重要環(huán)節(jié)。而現(xiàn)代化的攝影測(cè)量中獲取影像同名點(diǎn)信息的方法由傳統(tǒng)人工測(cè)量轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)匹配，而影像的自動(dòng)匹配質(zhì)量直接關(guān)系到測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度。在工程測(cè)量中，使用攝影測(cè)量方法影像匹配是難度較高的環(huán)節(jié)，具體表現(xiàn)在以下幾方面：（1）被測(cè)對(duì)象缺乏足夠的紋理信息。在工程測(cè)量中所要測(cè)量的對(duì)象一般都是建筑物或者人工設(shè)施，與自然地形相比，存在缺乏明顯紋理信息的弊端，因而給測(cè)量中影像匹配帶來一定的難度；（2）在工程測(cè)量中物方分辨率通常都能達(dá)到毫米級(jí)別，這對(duì)被測(cè)量對(duì)象細(xì)節(jié)的呈現(xiàn)有積極的作用，同時(shí)提高了測(cè)量的精確度，然而，物方分辨率過高也有其弊端，由于物象呈現(xiàn)太過于清晰和細(xì)致，導(dǎo)致在影像匹配過程中受到過多畫面的干擾，在影像匹配環(huán)節(jié)容易出現(xiàn)錯(cuò)誤；（3）在工程測(cè)量中遇到地形起伏較大、或者有遮蔽的環(huán)境時(shí)，會(huì)給攝影測(cè)量帶來一定的困擾。當(dāng)被測(cè)環(huán)境地形起伏較大時(shí)，攝影距離就會(huì)不固定，相對(duì)于攝影距離較短的地形而言，攝影得到的影像視差變化范圍也會(huì)越大，降低了測(cè)量的準(zhǔn)確性。被測(cè)量環(huán)境中如果存在隱蔽區(qū)域也會(huì)使測(cè)量過程受到干擾，影響測(cè)量結(jié)果。影像匹配一直以來都是攝影測(cè)量的一個(gè)難點(diǎn)，因此，我們要想方設(shè)法對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，不僅是為了簡(jiǎn)化匹配過程，而且對(duì)于提高攝影測(cè)量精度也有重要意義，尤其對(duì)于被測(cè)量對(duì)象紋理信息匱乏的區(qū)域依舊可以達(dá)到良好的影像匹配效果。在全局優(yōu)化方法中還包括比較常見的2種特殊優(yōu)化法：掃描線優(yōu)化法和半全局優(yōu)化法。這2種方法都是目前很多研究學(xué)者較為關(guān)注的。

4 攝影測(cè)量方法工程應(yīng)用中的匹配策略研究

匹配策略是指在現(xiàn)有匹配過程中不斷發(fā)掘新的匹配方法，同時(shí)合理利用已有匹配過程，最終形成一種匹配約束，利用這種約束有效地限制后續(xù)匹配，減少匹配過程的錯(cuò)誤率，實(shí)現(xiàn)最高限度的匹配效率。如上述提到的在攝影測(cè)量中，影像匹配是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，因而實(shí)施有效的匹配策略對(duì)匹配質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響。合理的匹配策略能夠在影像匹配過程中縮小匹配范圍，進(jìn)而提高匹配的準(zhǔn)確率，為后續(xù)匹配提供可靠的信息保障，能夠得到較好的匹配初始值。經(jīng)常被工作人員使用的匹配策略可以分為2種：橫向匹配策略和縱向匹配策略。橫向匹配策略是以原始分辨率影像為基礎(chǔ)，在匹配傳播過程中以區(qū)域生長(zhǎng)法為主。研究人員以傳統(tǒng)最小二乘匹配法為基礎(chǔ)，提出一個(gè)全新的以最優(yōu)最先為原則的區(qū)域生長(zhǎng)匹配策略。該匹配策略的主要原理是：首先對(duì)初始匹配點(diǎn)對(duì)進(jìn)行最小二乘匹配優(yōu)化，然后對(duì)相鄰點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)散，得出相鄰區(qū)域點(diǎn)的最小二乘匹配初始值，而這個(gè)初始值即為其優(yōu)化參數(shù)。在縱向匹配策略中有一個(gè)金字塔策略，該策略主要原理就是將二維影響逐次濾波，并且逐漸增加影像匹配間隔，最終得到一個(gè)逐級(jí)變小的影像序列，我們稱之為金字塔影像。在金字塔影像序列中，由于高層影像畫面沒有過多的細(xì)節(jié)干擾，因而提高了影像匹配的正確率，在匹配過程中，不僅視差距離較小，而且像方搜索的范圍也較小，從而提高了影像匹配的速度。

5 攝影測(cè)量方法在工程應(yīng)用中的發(fā)展方向

5.1 測(cè)量精度的提高

工程測(cè)量一般關(guān)系到建筑安全，因此，對(duì)測(cè)量精度要求較高。提高測(cè)量精度，能讓攝影測(cè)量方法應(yīng)用于更多的工程測(cè)量項(xiàng)目中。攝影測(cè)量中鏡頭的畸變模型，空三匹配的精度，平差的優(yōu)化，密集匹配的精度等都會(huì)影響最終的測(cè)量精度。

5.2 攝影方式的靈活性發(fā)展

與航空攝影測(cè)量不同，工程應(yīng)用中攝影環(huán)境常常受到地理?xiàng)l件等的限制，這導(dǎo)致傳統(tǒng)數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量平臺(tái)很難直接處理以工程測(cè)量為應(yīng)用目的的數(shù)據(jù)。靈活的攝影方式，能降低攝影測(cè)量外業(yè)操作的難度，促進(jìn)攝影測(cè)量方法的推廣和應(yīng)用。

5.3 攝影測(cè)量處理規(guī)模、處理效率的進(jìn)一步發(fā)展

攝影測(cè)量應(yīng)用于工程中，一次測(cè)量常常會(huì)獲得大量的影像數(shù)據(jù)。攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理效率不足常常會(huì)限制攝影測(cè)量方法的應(yīng)用。攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理時(shí)間很大程度上取決于影像匹配以及平差處理時(shí)間。使用并行處理技術(shù)，專用硬件如GPU的算法加速等，提高數(shù)據(jù)處理效率，是重要的研究方向。

5.4 攝影測(cè)量處理的自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高

現(xiàn)行的很多近景攝影測(cè)量軟件，數(shù)據(jù)處理過程仍然需要人工參與。例如空中三角測(cè)量過程中匹配點(diǎn)的編輯，控制點(diǎn)的人工量測(cè)等，密集匹配后點(diǎn)云的編輯，粗差點(diǎn)的人工剔除等。進(jìn)一步提高攝影測(cè)量處理的自動(dòng)化程度，有利于提高生產(chǎn)效率。

6 結(jié)語

總而言之，攝影測(cè)量方法的應(yīng)用為工程測(cè)量事業(yè)開辟了新的篇章，不僅提高了工程測(cè)量效率，而且大大提高了測(cè)量的精確度，為工程項(xiàng)目建設(shè)提供了可靠的測(cè)量技術(shù)支持。相信在不斷的實(shí)踐中，攝影測(cè)量方法還能夠有進(jìn)一步的優(yōu)化和完善，促進(jìn)我國(guó)工程測(cè)量事業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。

【1】馬電.攝影測(cè)量方法在工程應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)研究[D].武漢：武漢大學(xué)，2014.

Analysis and Research on Photogrammetry Method in Engineering Application

TONG Hai-biao
(DatongInstituteofSurveyingandMapping,Datong 037000,China)

With the rapid economic development,large engineering projects are increasing gradually.Traditional engineering measurement has a narrowmeasurement range and low accuracy,so it obviously can not adapt to the needs of the current market.Engineering measurement methods are also increasing in our country,and the measurement range and accuracy have greatly improved.Among them photogrammetry methodwithitsuniqueadvantagesiswidelyusedinengineeringprojects.Theapplicationofphotogrammetrymethodinengineeringprojectsis simplyanalyzedandstudied.

photogrammetry;engineering;research

P232

A

1007-9467（2016）10-0013-02

2016-09-18

仝海飚（1968～），男，山西大同人，高級(jí)工程師，從事測(cè)繪技術(shù)研究。