航空傾斜攝影測量技術及應用探討

昌燕++李小亮

摘 要：本文介紹了傾斜攝影測量原理、實景三維建模技術流程及其技術優(yōu)勢，并探討了利用傾斜攝影自動三維建模的方法對輸電線路走廊資源進行快速調(diào)查，尤其是在建筑物擁擠地區(qū)、林木密集覆蓋區(qū)、惡劣地質(zhì)區(qū)和交叉跨越設施復雜地區(qū)，可有效提高輸電線路的設計質(zhì)量、優(yōu)化工程投資造價，具有創(chuàng)新性和先進性。

關鍵詞：傾斜攝影 真三維模型 輸電線路走廊資源 快速調(diào)查

中圖分類號：P231 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）08（c）-0064-02

隨著城市建設的飛速發(fā)展，建設環(huán)境日益惡化，地質(zhì)災害頻繁發(fā)生，輸電線路走廊規(guī)劃設計難度日益加大。采用傳統(tǒng)的測量方式對輸電線路走廊資源進行調(diào)查，工作量大、效率低、成本高，難以滿足電網(wǎng)建設需求。針對上述問題，本文提出了利用傾斜攝影技術進行實景三維建模的方法對輸電線路走廊資源進行快速調(diào)查，可有效提高輸電線路的設計質(zhì)量，優(yōu)化工程建設投資造價，保護生態(tài)環(huán)境。

1 傾斜攝影工作原理及技術優(yōu)勢

1.1 傾斜攝影測量原理

傾斜攝影技術是國際測繪遙感領域新興發(fā)展起來的一項高新技術，融合了傳統(tǒng)的航空攝影和近景測量技術，顛覆了以往正射影像只能從垂直角度拍攝的局限，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從垂直、前視、左視、右視與后視共5個不同的角度采集影像[1]，如圖1所示。其中，垂直攝影影像可經(jīng)過傳統(tǒng)航空攝影測量技術處理，制作4D（DEM、DOM、DLG與DRG）產(chǎn)品；前視、左視、右視與后視4個傾斜攝影影像，傾斜角度在15°～45°，可用于獲取地物側(cè)面豐富的紋理信息。

通過高效自動化的三維建模技術，快速構(gòu)建具有準確地物地理位置信息的真三維空間場景，直觀地掌握目標區(qū)域內(nèi)地形地貌與所有建筑物的細節(jié)特征，可為電力和水利工程建設、地質(zhì)災害應急指揮等提供詳盡、精確、逼真的空間基礎地理信息數(shù)據(jù)支持和公共服務。

1.2 實景三維建模技術流程

目前，采用傾斜攝影技術進行三維建模的后處理軟件以法國ASTRIUM公司的StreetFactory和Acute3D公司的Smart3DCapture軟件為典型代表。利用地物的垂直與傾斜影像以及少量的地面控制點，構(gòu)建基于真實影像紋理的高分辨率真三維模型。可將生產(chǎn)的三維模型數(shù)據(jù)導入GIS平臺進行應用分析，如對輸電線路擁擠地段建筑物進行坐標、距離量測和面積統(tǒng)計，繪制擁擠地段平面圖；準確量測交叉跨越鐵塔高度、優(yōu)化交叉跨越設計等。

1.3 技術優(yōu)勢

傾斜攝影技術具有以下優(yōu)勢。

（1）高分辨率。

傾斜攝影平臺搭載于低空飛行器，可獲取厘米級高分辨率的垂直和傾斜影像。

（2）獲取豐富的地物紋理信息。

傾斜攝影從多個不同的角度采集影像，能夠獲取地物側(cè)面更加真實豐富的紋理信息，彌補了正射影像只能獲取地物頂面紋理的不足。

（3）高效自動化的三維模型生產(chǎn)。

通過垂直與傾斜影像的全自動聯(lián)合空三加密，無需人工干預，即可全自動化紋理映射，并構(gòu)建三維模型。

（4）逼真的三維空間場景。

通過影像構(gòu)建的真實三維場景，不僅擁有準確地物地理位置坐標信息，并且可精細地表達地物的細節(jié)特征，包括凸出的屋頂和外墻，以及地形地貌等精細特征。

2 傾斜攝影技術在輸電線路走廊資源快速調(diào)查中的應用

利用傾斜攝影技術快速構(gòu)建目標區(qū)域三維空間場景，對輸電線路走廊通道資源快速進行調(diào)查，合理避讓城鎮(zhèn)規(guī)劃、大型工礦企業(yè)、自然保護區(qū)、林木密集覆蓋區(qū)，以及高山大嶺、重冰區(qū)等險惡地形與惡劣地質(zhì)區(qū)，使線路設計安全可靠、經(jīng)濟合理，減少線路工程建設對地方經(jīng)濟發(fā)展的影響。

2.1 準確量測走廊通道內(nèi)建筑物拆遷面積

傾斜攝影測量所生產(chǎn)的實景三維模型，具有時效好、精度高、信息豐富的特點，可準確量測地物的坐標、寬度、高度和面積等。在真三維模型上進行精細化判讀與室內(nèi)量測，對輸電線路擁擠地段建筑物樓層數(shù)與實際面積進行快速統(tǒng)計，從而有效估算線路工程建設所必需的房屋拆遷量，使工程賠償造價準確合理，降低施工民事難度。如圖2所示。

2.2 準確確定林區(qū)植被屬性與覆蓋范圍

對于輸電線路走廊通道內(nèi)林木密集覆蓋區(qū)，在真三維模型上可直觀地判斷出林木種類與分布范圍，并準確量測出地表林木高度；通過線路路徑優(yōu)化設計，有效避讓林木密集區(qū)，減少線路在林木區(qū)，尤其是生長較快的桉樹林區(qū)中的長度，降低設計鐵塔高度和林木砍伐量，有效控制青苗賠償費用，保護生態(tài)環(huán)境。如圖3所示。

2.3 快速調(diào)查險惡地形與惡劣地質(zhì)區(qū)

通過逼真的三維環(huán)境，設計人員可快速直觀地掌握輸電線路走廊通道內(nèi)的地形地貌細節(jié)特征，在經(jīng)濟合理的前提下，路徑選擇盡量避讓崩塌、滑坡、高山大嶺、重冰區(qū)、水網(wǎng)，以及礦產(chǎn)采空區(qū)等險惡地形與惡劣地質(zhì)區(qū)，確保每基塔位不會出現(xiàn)因地形、地質(zhì)因素導致不能立塔的問題，有利于線路后續(xù)協(xié)調(diào)與施工，使新建線路更加安全可靠。如圖4所示。

2.4 快速量測交叉跨越高度

對于鐵路、高速公路、已建輸電線路等沿線重要交叉跨越，在真三維模型上可準確量測被跨越物的坐標、距離與高度信息，合理優(yōu)化線路路徑跨越位置，有利于跨越塔架立和放線施工，有效控制工程投資造價。同時，綜合協(xié)調(diào)需建線路與沿線交叉跨越設施的矛盾，減少交叉跨越已建輸電線路，特別是高電壓等級的輸電線路，降低施工過程中的停電損失，實現(xiàn)電力建設與經(jīng)濟建設的和諧發(fā)展。

3 結(jié)語

綜上所述，將傾斜攝影技術應用于輸電線路走廊資源快速調(diào)查中，具有創(chuàng)新性和先進性。通過時效好、精度高的實景三維模型對輸電線路進行優(yōu)化設計，尤其在建筑物擁擠地區(qū)、林木密集覆蓋區(qū)、惡劣地質(zhì)區(qū)和交叉跨越設施復雜地區(qū)，可有效提升輸電線路的設計質(zhì)量與深度，降低線路曲折度，使線路路徑設計參數(shù)達到最佳，優(yōu)化工程建設投資造價。

目前，傾斜攝影測量所生產(chǎn)的三維模型還存在部分缺陷，主要體現(xiàn)在：在樓間距狹小的建筑物密集區(qū)，因建筑物的遮擋而造成底部變形較大；路燈、電力線等截面過小地物，特征點匹配較少而造成模型缺失；水面、玻璃等光滑表面缺少紋理特征，無法匹配特征點而產(chǎn)生模型漏洞等，今后可研究將地面三維激光掃描數(shù)據(jù)與傾斜攝影數(shù)據(jù)相融合，修補與完善三維模型。隨著傾斜攝影技術的快速發(fā)展和日漸成熟，將在輸電線路走廊資源快速調(diào)查中發(fā)揮越來越大的作用，對輸電線路的設計、施工與運行帶來革命性的變化。

參考文獻

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