基于航測與遙感技術(shù)三維建模的探討與應(yīng)用

■馮雪

（青海省第二測繪院青海西寧810001）

基于航測與遙感技術(shù)三維建模的探討與應(yīng)用

■馮雪

（青海省第二測繪院青海西寧810001）

本文主要分析當前使用最廣泛的3S技術(shù)與4D產(chǎn)品在各行業(yè)中的使用現(xiàn)狀與發(fā)展的背景，根據(jù)數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理到應(yīng)用的各個方面來闡述4D產(chǎn)品的生產(chǎn)流程與特點，提出基于4D技術(shù)與4D產(chǎn)品的三維建模的技術(shù)探討與個人心得，并簡單介紹使用前景。

航測 遙感技術(shù) 三維建模 激光雷達

在21世紀，人們對地球家園提出了非常符合時代的新概念，比如數(shù)字地球，數(shù)字城市。對與這些新概念的研究得益于20世紀中地球空間信息技術(shù)突飛猛進的結(jié)果。人們從無紙化的辦公、設(shè)計到可以使用二維數(shù)據(jù)為主的數(shù)字水利的GIS應(yīng)用系統(tǒng)，將水利工程的建設(shè)與管理抬上了一個新的臺階。進入21世紀，信息技術(shù)日新月異，二維數(shù)據(jù)的應(yīng)用已經(jīng)不能滿足各行業(yè)中的數(shù)據(jù)表現(xiàn)。表現(xiàn)更直觀的三維空間數(shù)據(jù)成為一種嶄新的數(shù)據(jù)表達方式，并帶來了一個全新的核心數(shù)據(jù)，4D產(chǎn)品。

1　4D技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

數(shù)字高程模型、數(shù)字正射影像圖、數(shù)字柵格地圖與數(shù)字線劃地圖，因為這四種技術(shù)的英文拼寫分別是DEM,DOM,DRG,DLG,開頭的字母都是D，因此將這四種技術(shù)以及與之相關(guān)的部分技術(shù)稱之為4D技術(shù)。進入新世紀之后，4D技術(shù)在社會的各個領(lǐng)域中的使用越來越廣泛，尤其是水利工程領(lǐng)域，DRG與DLG的產(chǎn)品已經(jīng)非常普及，為平面設(shè)計與制圖提供了不可或缺的資料。因為受到一些專業(yè)技術(shù)條件的限制，DOM與DEM沒能得到更廣泛的使用，主要的原因有以下三個方面：因為DEM與DOM的數(shù)據(jù)需要特定的數(shù)據(jù)格式，所以對它們的使用需要借助專業(yè)的軟件；目前市場上的CAD軟件只是強調(diào)設(shè)計圖紙的生成而不關(guān)注數(shù)字影響的使用；DEM與DOM在實際的使用過程中會牽扯到大規(guī)模地形可視化的問題。這是這兩項技術(shù)目前使用受限的幾個原因。

2　4D技術(shù)數(shù)據(jù)采集的主要方式

4D技術(shù)的三維建模主要分為三部分，分別是數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)使用。生成4D產(chǎn)品，最主要的是數(shù)據(jù)的采集，當前使用的方式主要有飛機航空攝影，低空無人機攝影，傾斜航空攝影，LiDAR激光掃描與航天遙感技術(shù)。

飛機航空攝影是把在飛機上安裝攝像機，飛機起飛之后對地面進行拍攝，在拍攝的時候飛機需要預(yù)先設(shè)置好航線，相鄰的影像必須控制一個重疊度，必須保證在百分之六十之內(nèi)。航空攝影采用的是一種大幅面的攝像機，稱之為航空攝影機，攝像的副面可以達到230乘以230毫米。而近些年來隨著科技的進步，飛機攝影設(shè)備添加了一些新的成員，比如機載SAR、GPS、POS等先進設(shè)備。

無人機攝影是將無人飛行器作為遙感平臺，搭載遙感傳感器，取得對地面觀測的相關(guān)信息，其中包括固定翼無人機，旋翼無人機、無人飛艇等，統(tǒng)稱為無人機。UAV遙感又稱無人機遙感，獲取空間數(shù)據(jù)信息的重要的重要的一種方式，具有如下的優(yōu)勢：續(xù)航時間長，影像可以實時傳輸，可以對高危地區(qū)進行探測、成本低、機動性強，是對衛(wèi)星遙感與有人機遙感的有利的補充工具。

傾斜航空攝影是近幾年在國際測繪領(lǐng)域發(fā)展起來的一種新技術(shù)，它改變了傳統(tǒng)的影響獲取都是通過垂直角度拍攝的局限，它可以通過在飛行器中搭載多種傳感器，可以實現(xiàn)同時從一個垂直面與四個傾斜面的五種不同的角度來采集數(shù)據(jù)，將用戶引入到符合人眼視覺的真實世界中。

LiDAR是激光雷達的英文縮寫，也是激光掃描與探測系統(tǒng)的簡稱。此項技術(shù)最早是西方一些發(fā)達國家為了應(yīng)對海圖與港口和海灣測量的特殊需要而開發(fā)的技術(shù)，到現(xiàn)在經(jīng)過三十多年的發(fā)展技術(shù)才趨向成熟。目前這項技術(shù)分為兩大類，分別是機載系統(tǒng)與地面系統(tǒng)，按照使用的功能進行劃分，機載系統(tǒng)還可以分成獲取地面三維信息的系統(tǒng)與獲取水下地形與海道測量的系統(tǒng)。

航天遙感也稱為衛(wèi)星遙感，是不直接接觸目標，在距離目標幾千米甚至更高的高度的飛機、飛船或者衛(wèi)星上，通過傳感器接受地面物體反射或者發(fā)射的電磁信號，使用圖像膠片或者數(shù)據(jù)磁帶進行記錄，然后傳送到地面，經(jīng)過一系列的信息處理與判讀分析，最終形成能夠服務(wù)與資源探測的文件。

3　三維建模的主要技術(shù)研究

使用4D技術(shù)與4D產(chǎn)品的三維建模與根據(jù)所見所得的三維空間數(shù)據(jù)進行規(guī)劃與設(shè)計成為科技發(fā)展的必然趨勢，為了能夠使4D產(chǎn)品在各行業(yè)中得到廣泛的使用，將高精度的DEM與大規(guī)模的高分辨衛(wèi)星影像應(yīng)用到各行業(yè)中的規(guī)劃設(shè)計中，結(jié)合地理信息技術(shù)與三維建模技術(shù)，建立真實感的地形基礎(chǔ)，直接對DEM與DOM數(shù)據(jù)進行分析計算與處理。完成這項目標需要如下三步：建立數(shù)模；DEM計算；建立真實感地形。

數(shù)模來源于DEM數(shù)據(jù)，使用DSDTF-DEM，這是我國國家標準的地球空間數(shù)據(jù)交換格式，后綴名為.dem。以這種方式定義的DEM在空間中以矩形塊的方式存在，而一般的公路線路經(jīng)過的數(shù)據(jù)不需要這么大的矩形塊，它們則以更小的矩形塊進行模擬。DEM計算是在DEM文件上建立數(shù)模，使用雙曲拋物面內(nèi)插法快速獲取數(shù)字高程，自動獲取路線中線地面高程、路線地面橫斷面的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以支持其他CAD設(shè)計軟件，可以進行方案設(shè)計與數(shù)量計算等操作。數(shù)模的處理有實時性的特點，只要給出坐標，高程便可以立即批量輸出，能夠滿足規(guī)劃設(shè)計中更多方案比選的要求。真實感覺地形是計算機圖形學(xué)上研究很久的問題，主要包括LOD算法、BSP算法等。在疊加高分辨率的影響之后算法變得尤其重要。綜合工程模型的特殊要求，可以使用路線邊界約束算法，三角網(wǎng)算法，多分辨率地形等主流技術(shù)來完成大規(guī)模地形的快速建立與實時觀看。廣東省臺山雞籠山風(fēng)電場就是真實地形的一個最形象的實例，采用的就是三維建模的技術(shù)。

4　結(jié)語

航測與遙感技術(shù)的三維建模已經(jīng)在城市管理、水利水電、公路鐵路的規(guī)劃以及國土部門的規(guī)劃方案中得到了廣泛的運用，并且取得了良好的效果，這足以證明，此項技術(shù)的使用是有著非常良好前景的。在現(xiàn)在或者是不遠的將來，我們會看到大范圍的項目，對精度要求不高的工程，可以使用航天遙感來采集數(shù)據(jù)；而小范圍內(nèi)，要求高程精度不高的可以使用低空無人機采集數(shù)據(jù)；對于城市建設(shè)的三維建模則可以使用傾斜攝影測量或者是激光雷達的方法采集數(shù)據(jù)；對于范圍廣，精度要求高的工程，使用激光雷達方法采集數(shù)據(jù)也是不錯的選擇。

[1]韓志晟.淺談無人機低空攝影測量在南水北調(diào)工程中的應(yīng)用 [J].數(shù)字通信世界，2011（2）.

[2]國家測繪局職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)中心.注冊測繪師資格考試輔導(dǎo)教材 [M]北京：測繪出版社，2009.

[3]孫紅菊.航空攝影測量數(shù)字化測圖采集方法探析 [J].中國地名，2011（2）.

P2[文獻碼]B

1000-405X（2016）-7-187-1