傾斜攝影測量在水利工程測繪中的應用

王 杰，孟高原

(滄州水利勘測設計院，河北 滄州 061000)

近年來，我國的水利工程建設信息化程度不斷提升，越來越多的信息技術、空間技術等一些先進的測繪技術應用在我國的水利工程建設中，給我國的水利工程建設提供了較為科學和直觀的依據(jù)，其中傾斜攝影技術就是在水利工程中應用較為典型的一項信息化測繪技術。傾斜攝影技術作為一項測繪遙感領域發(fā)展起來的高新技術，是通過在同一個飛行平臺中建立多個傳感器，利用垂直和傾斜的攝影角度來進行數(shù)據(jù)收集，獲得的數(shù)據(jù)信息較為完整和準確。同時，傾斜攝影測量技術具有高精度、大范圍等特點，可以在任何復雜的場景下實現(xiàn)高性能的數(shù)據(jù)測繪處理。目前，傾斜攝影三維數(shù)據(jù)可為智慧城市、規(guī)劃、國土、測繪、軍事、災害應急、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、旅游、電力、油田等多種行業(yè)提供二、三維一體化的數(shù)據(jù)來源?；趦A斜攝影測量技術在水利工程測繪中的優(yōu)勢，本文進行了深入的分析與研究，以期為同行提供理論借鑒和指導。

1 傾斜攝影測量技術內(nèi)容及優(yōu)點

1.1 主要技術內(nèi)容

1.1.1 工作原理

傾斜攝影技術作為無人機空中飛行的一項高科技測量技術，主要特點是利用傾斜攝影技術，在同一個無人機上設置多個攝像頭來收集圖像，不同角度的傾斜或垂直拍攝，可以讓地理表面的信息更為精準和完善。

1.1.2 數(shù)據(jù)信息的獲取與處理

傾斜攝影測量基本流程主要包括：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、模型制作、開展測圖、精度檢核、成果提交，如圖1所示。其中，數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和模型制作是傾斜攝影測量的核心內(nèi)容。

在采集傾斜攝影數(shù)據(jù)過程中，基本要求和技術規(guī)格如下：一是獲得的圖像為真彩色數(shù)字圖像；二是地面分辨率滿足相關比例尺地形圖的精度要求；三是照片的航向重疊度及旁向重疊度滿足要求；四是圖像質(zhì)量滿足要求，包括影像清晰、對比度適中、色調(diào)柔和明亮；五是漏洞填充。在航飛過程中由于各種原因可能導致部分區(qū)域無影像覆蓋或影像質(zhì)量不合格，應對不合格的航片或漏拍區(qū)域及時進行補拍，漏洞填充按照原設計航線和參數(shù)進行。

數(shù)據(jù)處理及模型制作可以采用相應軟件平臺(如街景工廠)實現(xiàn)較高程度自動化處理，最終生成真實場景的三維模型。以此三維模型為基礎，利用相關軟件可以對其進行各種編輯與分析。

1.2 傾斜測量技術的優(yōu)點

(1) 可操作性強。傾斜攝影技術可以高效、便捷地獲取數(shù)據(jù)信息，工作人員無需在后期進行拍攝，通過計算軟件對數(shù)據(jù)進行處理，有著較高的自動化程度。

(2) 三維模型更接近真實場景。傾斜影像與垂直角度拍攝正射影像相比，可以提供被測量對象的多角度信息，有效補充地面的一些側(cè)面細節(jié)，極大地彌補了人工模仿真實度較低的不足，讓建模效果更真實。

(3) 測繪成本低。傾斜攝影測量一般采用無人機低空飛行，對天氣、環(huán)境等要求較低，操作靈活簡捷，減少了飛行周期，節(jié)省了操作人員數(shù)量，從而有效地降低飛行成本。傾斜攝影與傳統(tǒng)航攝方法相比，同一無人機搭載了多架攝像機，相同架次下可獲得更加豐富的影像數(shù)據(jù)。后期對這些數(shù)據(jù)進行高自動化批量處理分析，節(jié)約了工程的勞動力成本，有效節(jié)省了建模的時間，減少航拍的次數(shù)，獲得更為直接的地表信息，還能降低和避免儀器出現(xiàn)損耗。

(4) 具有較大的視場角。傾斜攝影測量時可以對安放在不同角度的攝像頭進行角度調(diào)節(jié)，從而獲取多個不同角度的大量測量數(shù)據(jù)。

2 傾斜攝影測量數(shù)據(jù)處理關鍵技術

在進行傾斜攝影測量的過程中，可以獲得多個視角的攝影數(shù)據(jù)，除了垂直的數(shù)據(jù)信息外，還有多個方向的傾斜數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的空中三角測量軟件不能對傾斜攝影的數(shù)據(jù)進行分析，因此傾斜攝影測量需要解決的關鍵性技術為多視影像的密集匹配、多視影像的聯(lián)合平差、數(shù)字表面模型(DSM)生成和真正射影像(TDOM)糾正。

3 傾斜攝影測量在水利工程中的應用

自古以來，人們就對水資源的有效利用和管理進行了不斷探索，尤其近年來隨著遙感測繪技術的不斷發(fā)展，信息化的測繪方法也日益在水利工程中得到廣泛應用。水利工程涉及環(huán)境評價、安全檢測及工程建設管理等多項工作內(nèi)容，利用無人機實現(xiàn)低空遙感進行測繪及檢測，可以得到快速高效的精準信息。此外，無人機傾斜攝影測量具有較強的機動性，高清的圖像與GPS系統(tǒng)有效結(jié)合，能夠為水利工程生態(tài)化建設提供更為科學的分析依據(jù)，提高水利工程安全監(jiān)測的可靠性。

4 無人機傾斜攝影在水利工程測繪中的優(yōu)勢

4.1 傾斜攝影產(chǎn)生測繪元數(shù)據(jù)

在數(shù)據(jù)制作過程中，傾斜攝影制作數(shù)據(jù)是最基本的技術數(shù)據(jù)。只要產(chǎn)生傾斜攝影數(shù)據(jù)，就可以直接從模型中提取各種輔助數(shù)據(jù)，包括DEM、DSM、DOM等數(shù)據(jù)。傾斜攝影數(shù)據(jù)在處理過程中還可導出與原始斜向攝影相匹配的點云和高密度圖像，可作為輔助測繪成果，對人們了解現(xiàn)場復雜地形很有幫助。由于現(xiàn)有普通航空攝影缺乏攪動靈活性，很難在云端下獲得圖像。衛(wèi)星遙感受時間效率低、分辨率低的影響，不能滿足水利工程等重復測繪和監(jiān)測工作的需要。而以無人機為遙感飛行平臺，在機身上裝載數(shù)據(jù)遙感設備，以遙感數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為技術支撐，結(jié)合“3S”技術，可對目標水域進行實時觀測和數(shù)據(jù)處理。采用無人機技術的測繪遙感系統(tǒng)具有獲取高分辨率圖像和快速處理的能力。通過前期的檢查和測試，可以根據(jù)工程需要得到大比例尺的航空影像數(shù)據(jù)。在此基礎上制作數(shù)字線路規(guī)劃圖、數(shù)字高程模型和數(shù)字正射影像圖，為水利工程建設提供了重要的信息。

4.2 提供了更加直觀的數(shù)據(jù)支持并提高了工作效率

無人機傾斜攝影基本上采用低空飛行，攝像機為高清攝像頭，采集的影像數(shù)據(jù)地面分辨率能達到2 cm。一般情況下，無人機設置地面分辨率為5 cm，一天能獲取1 km2的數(shù)據(jù)。如地面分辨率達到2 cm，處理獲得三維模型后的視覺感與到達現(xiàn)場基本一致，為水利工程決策提供了更為直觀的數(shù)據(jù)支持。

生成測區(qū)三維模型后，可利用相應軟件平臺對三維模型進行編輯、量取、立體測圖等操作。因三維模型具有極好的可視性，能為決策者提供身臨其境的視覺效果，有利于決策者作出決策判斷，從而提高工作效率。

4.3 泛在測繪成為現(xiàn)實

從20世紀50年代開始，測繪人員就不斷地將TBS、POS等一項項新技術融入測繪工作中，提高了測繪效率和精度，從而逐漸讓測繪人員擺脫對專業(yè)理論的依賴，使得每一個人員只要具備基本的無人機操作知識就可以生產(chǎn)出測繪數(shù)據(jù)來。在航測數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)處理過程中，隨著相關軟件平臺不斷更新升級，自動化程度越來越高，只需技術人員設置少量參數(shù)就可完成操作。航空攝影測量內(nèi)、外業(yè)高度自動化使其廣泛應用在水利工程測繪工作中成為可能。

5 結(jié) 語

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，攝影測量技術也借助科技優(yōu)勢逐漸走向完善。攝影測量技術的進步，不僅提高了我國各行業(yè)測繪工作的效率和質(zhì)量，還促進了我國經(jīng)濟的發(fā)展。雖然已有了一定的發(fā)展，但在以后的工作中，還要在此基礎上利用科學技術提升測繪工作的水平與質(zhì)量，不斷滿足社會發(fā)展的新要求，使攝影測量技術走向智能化、現(xiàn)代化、數(shù)字化和高精度化，從而推進我國水利行業(yè)測繪事業(yè)的長遠發(fā)展。