傾斜攝影測量在水利工程中的應(yīng)用與展望

張榮斌

（陜西渭河生態(tài)集團(tuán)有限公司,陜西 西安 710068）

當(dāng)前, 全國各地積極踐行中央新時代水利工作方針,緊緊圍繞 “水利工程補(bǔ)短板,水利行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管”的工作總基調(diào),勇于擔(dān)當(dāng)作為,奮力干事創(chuàng)業(yè)。先進(jìn)的測繪技術(shù)越來越多應(yīng)用在水利工程建設(shè)和管理中,為我們提供較為科學(xué)和直觀的依據(jù),其中傾斜攝影技術(shù)在水利工程中應(yīng)用日益廣泛。本文結(jié)合傾斜攝影測量技術(shù)的特點和水利工程建設(shè)和管理的需求,探索基于傾斜攝影技術(shù)的水利工程建設(shè)和管理中應(yīng)用,提出傾斜攝影測量在水利工程建設(shè)和管理中的發(fā)展和展望。

1 傾斜攝影測量技術(shù)綜述

（1）傾斜攝影測量技術(shù)原理

傾斜攝影測量技術(shù)是在垂直攝影技術(shù)上發(fā)展起來的較為成熟的一種新型技術(shù),是通過在同一飛行平臺上搭載集成的多臺傳感器,能夠從多個角度詳細(xì)、準(zhǔn)確、迅速地獲取地面物體全方位的數(shù)據(jù),再利用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、真正射影像（TDOM）糾正、真實紋理貼圖計算等技術(shù)進(jìn)行空三解算和建立三維模型。傾斜攝影測量技術(shù)將獲取的物體頂部、側(cè)面紋理等全方位數(shù)據(jù),結(jié)合先進(jìn)的導(dǎo)航定位、數(shù)據(jù)融合等技術(shù),得到接近于真實的三維實景模型,更加直觀、真實,能全方位反映物體形狀與紋理,直接量取物體的數(shù)據(jù)參數(shù),有效解決傳統(tǒng)建模獲取數(shù)據(jù)不足的缺陷,具有較大的應(yīng)用價值和發(fā)展空間。

（2）傾斜攝影測量技術(shù)的特點

傾斜攝影測量技術(shù)有很多優(yōu)點,應(yīng)用到水利工程建設(shè)和管理的優(yōu)勢主要有：①精度較高。通過加密像控點、提高影像分辨率等方法,得到的三維模型精度可優(yōu)于5 cm；②精準(zhǔn)測量。通過應(yīng)用軟件,能夠精準(zhǔn)量取三維模型中每個點線面的三維數(shù)據(jù),有效的提取目標(biāo)的紋理；③真實性強(qiáng)。多角度測量信息和高清的分辨率,有效補(bǔ)充側(cè)面細(xì)節(jié),為建模提供更為精準(zhǔn)完善、真實豐富的紋理信息,讓建模效果更真實、直觀。④成本低效率高。通過無人機(jī)來可高效、便捷地獲取影像數(shù)據(jù),通過計算軟件高自動化處理,應(yīng)用靈活、操控性強(qiáng)、自動化高、生產(chǎn)周期短,大大降低生產(chǎn)成本,提高工作效率；⑤數(shù)據(jù)共享。通過應(yīng)用軟件可以轉(zhuǎn)換成多種三維模型格式實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,可應(yīng)用于多領(lǐng)域。雖然傾斜攝影測量技術(shù)優(yōu)勢很明顯,但還存在動態(tài)物體模型拉花、圖像失真等現(xiàn)象,在后期方案設(shè)計和建模處理時還需要重視和改進(jìn)。

2 傾斜攝影測量技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用

（1）在工程勘察測量中的應(yīng)用

水利工程地形地貌復(fù)雜、交通困難、通視條件差,外業(yè)作業(yè)難度大、安全風(fēng)險大,傳統(tǒng)測繪技術(shù)生產(chǎn)成本高、效率低、細(xì)部精度得不到保障,因此無人機(jī)航測成為地形圖測量的首選。但傳統(tǒng)垂直攝影測量技術(shù)對相機(jī)參數(shù)、飛行姿態(tài)、技術(shù)能力等要求較高,很難保證大比例尺精度,尤其是高程精度的保障。傾斜攝影技術(shù)由于在飛行平臺同時搭載多臺不同角度的相機(jī),可獲取多方位、多角度的影像數(shù)據(jù),采用多視影像的密集匹配、多視影像的聯(lián)合平差等技術(shù)的高自動化空三解算和建模軟件,建立厘米級的高精度實景三維模型,生成數(shù)字正射影像,再通過EPS等實景裸眼測圖軟件,在實景三維模型上采集地物和地貌特征點數(shù)據(jù),繪制大比例尺地形圖,還可根據(jù)設(shè)計需要,將斷面位置導(dǎo)入EPS三維測圖系統(tǒng)中,直接采集縱橫斷面數(shù)據(jù),把傳統(tǒng)的外業(yè)工作搬到室內(nèi)完成,打破傳統(tǒng)垂直攝影測量對相機(jī)畸變、飛行姿態(tài)的局限,以及外業(yè)內(nèi)業(yè)專業(yè)技術(shù)要求高等不足,大大減少外業(yè)工作量,節(jié)約項目成本,提高工作效率,保證成果質(zhì)量。對于傳統(tǒng)的工程測量單位,因外業(yè)測繪和內(nèi)業(yè)制圖的專業(yè)人員較多,經(jīng)過簡單培訓(xùn)就可熟練掌握,既解決外業(yè)勞動強(qiáng)度大、安全風(fēng)險大、生產(chǎn)成本高等問題,又能迅速推廣應(yīng)用,形成新的競爭力。

（2）在工程規(guī)劃設(shè)計中的應(yīng)用

傾斜攝影測量技術(shù)厘米級精度的實景三維模型,能真實反映工程區(qū)地表情況和地質(zhì)狀況、每個地物點真實精確的工程系三維坐標(biāo),可量測地物的長度、高度、坡度、角度及面積等,從不同方位反映物體的形狀、大小和高差,為規(guī)劃設(shè)計項目組人員提供身臨其境的視覺效果,既可掌握工程全貌全局和每個點的高精度空間關(guān)系,進(jìn)行多專業(yè)、多層級專業(yè)人員共同研究項目設(shè)計方案,又可清楚的展示擬布設(shè)建筑物位置的實際情況,科學(xué)合理布設(shè)建筑物,大大改善看圖了解全貌卻不掌握實景現(xiàn)狀、在現(xiàn)場了解實景現(xiàn)狀卻不知具體位置參數(shù)和相關(guān)關(guān)系等工程勘察現(xiàn)場情況。尤其是供水等線性工程的方案比選,傳統(tǒng)方式是利用谷歌影像和 1/10000 地形圖進(jìn)行線路初選,在穿越山區(qū)或溝壑地帶時,由于交通條件惡劣,實地踏勘不全面,經(jīng)常不能充分考慮設(shè)計所獲取的控制因素,利用傾斜模型進(jìn)行方案設(shè)計,可以直觀地掌握方案與周邊環(huán)境的相關(guān)關(guān)系,快速響應(yīng)方案優(yōu)化。另外,通過三維模型處理或畫圖可以把供水線路、交通道路、渠道等線性文件導(dǎo)入到三維模型中,使實景三維與設(shè)計方案相結(jié)合,便于與項目業(yè)主（尤其是非專業(yè)領(lǐng)導(dǎo)）、審查專家（不了解現(xiàn)場情況的專家）溝通交流,有效減少項目返工、專業(yè)位置沖突等現(xiàn)象,顯著提高設(shè)計質(zhì)量和工作效率。因此,無人機(jī)傾斜攝影測量成果內(nèi)容豐富,效果直觀,對水利工程規(guī)劃設(shè)計的方案研究、建筑物布設(shè)及效果展示具有較明顯的優(yōu)勢。

（3）在工程建設(shè)管理中的應(yīng)用

基于傾斜攝影測量技術(shù)建立的高效率、高精度、可量測的實景三維模型,成為工程建設(shè)管理的一種重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù),在工程建設(shè)管理全生命周期中起到十分重要的作用。

1）傾斜攝影測量技術(shù)與 BIM 技術(shù)融合,為工程全生命周期的智慧管理提供全要素信息的集成、共享和服務(wù),既直觀地為工程建設(shè)提供了大范圍真實的地理環(huán)境,又對項目設(shè)計、施工和運(yùn)營進(jìn)行全過程的科學(xué)管理,承載所有建筑物整個生命周期內(nèi)的所有信息,為工程智慧化運(yùn)行管理奠定堅實基礎(chǔ)。

2）傾斜攝影技術(shù)與三維協(xié)同設(shè)計的配合,將工程設(shè)計模型與實景三維模型融合,借助BIM＋GIS平臺系統(tǒng)展示,既復(fù)核了工程設(shè)計與實體環(huán)境的融合情況,又實現(xiàn)了真正意義上的仿真模擬,直觀性強(qiáng),有力保證工程建設(shè)參與者第一時間領(lǐng)會設(shè)計意圖,為工程順利建設(shè)奠定堅實基礎(chǔ)。

3）在工程建設(shè)期,利用傾斜攝影測量技術(shù)進(jìn)行定期巡查比對,可實現(xiàn)工程區(qū)邊坡的穩(wěn)定監(jiān)測和主要建筑物關(guān)鍵尺寸施工精度檢測,確保工程施工質(zhì)量。

4）利用傾斜攝影測量建立的高精度實景三維模型,可快捷準(zhǔn)確進(jìn)行土石方工程量計算（對相對固定的區(qū)域,可以設(shè)定固定像控點,可進(jìn)一步減少工作量、提高計算精度）,并形成完整真實的證據(jù),作為項目工程量結(jié)算依據(jù),確保工程建設(shè)費(fèi)用的科學(xué)控制。

3 傾斜攝影測量技術(shù)在水利工程應(yīng)用的展望

近幾年,隨著遙感測繪技術(shù)的不斷發(fā)展和國家數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)程的推進(jìn),水利信息化的測繪方法也按照“補(bǔ)短板”的要求得到廣泛應(yīng)用,無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)已逐步成為水利工程建設(shè)管理科學(xué)分析的數(shù)據(jù)支撐,這將對傾斜攝影測量技術(shù)在水利工程中的發(fā)展創(chuàng)造很大的發(fā)展空間?？梢灶A(yù)見,隨著測繪技術(shù)的迅速發(fā)展,傾斜攝影測量技術(shù)將進(jìn)一步融合地面三維激光掃描、室內(nèi)定位、建筑單體化等新興技術(shù),不僅可以為水利工程設(shè)計過程中的方案比選、工程量估算、建設(shè)管理等提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持,也將與GIS等地理信息軟件的融合,發(fā)揮其成本低、速度快、易操作、多格式的優(yōu)勢,通過云數(shù)據(jù)連接,為水利工程實現(xiàn)智能化、現(xiàn)代化的精細(xì)化管理提供動態(tài)的、可靠的地理信息大數(shù)據(jù),為水利行業(yè)智慧管理提供更方便、高效和高質(zhì)量的服務(wù)。

4 結(jié)語

“大范圍、全要素、高精度、全紋理”的傾斜攝影測量技術(shù)空間表達(dá)方式突破了常規(guī)三維建模技術(shù)及方式,高精度的實景三維模型具有很大的應(yīng)用價值,得到各個領(lǐng)域的廣泛認(rèn)可和推廣應(yīng)用。隨著國家數(shù)字轉(zhuǎn)型的逐步深入,傾斜攝影測量技術(shù)必然有非常大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的應(yīng)用模式；隨著計算機(jī)視覺匹配技術(shù)的發(fā)展,傾斜攝影測量技術(shù)將更加簡便高效,必然成為未來測繪的主要方式,為社會的發(fā)展和進(jìn)步作出貢獻(xiàn)。