基于航測與遙感技術三維建模的探討與應用

■馮雪

（青海省第二測繪院青海西寧810001）

基于航測與遙感技術三維建模的探討與應用

■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技術與4D產品在各行業中的使用現狀與發展的背景，根據數據采集與數據處理到應用的各個方面來闡述4D產品的生產流程與特點，提出基于4D技術與4D產品的三維建模的技術探討與個人心得，并簡單介紹使用前景。

航測 遙感技術 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，比如數字地球，數字城市。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突飛猛進的結果。人們從無紙化的辦公、設計到可以使用二維數據為主的數字水利的GIS應用系統，將水利工程的建設與管理抬上了一個新的臺階。進入21世紀，信息技術日新月異，二維數據的應用已經不能滿足各行業中的數據表現。表現更直觀的三維空間數據成為一種嶄新的數據表達方式，并帶來了一個全新的核心數據，4D產品。

1　4D技術的應用現狀

數字高程模型、數字正射影像圖、數字柵格地圖與數字線劃地圖，因為這四種技術的英文拼寫分別是DEM,DOM,DRG,DLG,開頭的字母都是D，因此將這四種技術以及與之相關的部分技術稱之為4D技術。進入新世紀之后，4D技術在社會的各個領域中的使用越來越廣泛，尤其是水利工程領域，DRG與DLG的產品已經非常普及，為平面設計與制圖提供了不可或缺的資料。因為受到一些專業技術條件的限制，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的數據需要特定的數據格式，所以對它們的使用需要借助專業的軟件；目前市場上的CAD軟件只是強調設計圖紙的生成而不關注數字影響的使用；DEM與DOM在實際的使用過程中會牽扯到大規模地形可視化的問題。這是這兩項技術目前使用受限的幾個原因。

2　4D技術數據采集的主要方式

4D技術的三維建模主要分為三部分，分別是數據采集、數據處理與數據使用。生成4D產品，最主要的是數據的采集，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。

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先設置好航線，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。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，飛機攝影設備添加了一些新的成員，比如機載SAR、GPS、POS等先進設備。

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信息，其中包括固定翼無人機，旋翼無人機、無人飛艇等，統稱為無人機。UAV遙感又稱無人機遙感，獲取空間數據信息的重要的重要的一種方式，具有如下的優勢：續航時間長，影像可以實時傳輸，可以對高危地區進行探測、成本低、機動性強，是對衛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域發展起來的一種新技術，它改變了傳統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據，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的簡稱。此項技術最早是西方一些發達國家為了應對海圖與港口和海灣測量的特殊需要而開發的技術，到現在經過三十多年的發展技術才趨向成熟。目前這項技術分為兩大類，分別是機載系統與地面系統，按照使用的功能進行劃分，機載系統還可以分成獲取地面三維信息的系統與獲取水下地形與海道測量的系統。

航天遙感也稱為衛星遙感，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、飛船或者衛星上，通過傳感器接受地面物體反射或者發射的電磁信號，使用圖像膠片或者數據磁帶進行記錄，然后傳送到地面，經過一系列的信息處理與判讀分析，最終形成能夠服務與資源探測的文件。

3　三維建模的主要技術研究

使用4D技術與4D產品的三維建模與根據所見所得的三維空間數據進行規劃與設計成為科技發展的必然趨勢，為了能夠使4D產品在各行業中得到廣泛的使用，將高精度的DEM與大規模的高分辨衛星影像應用到各行業中的規劃設計中，結合地理信息技術與三維建模技術，建立真實感的地形基礎，直接對DEM與DOM數據進行分析計算與處理。完成這項目標需要如下三步：建立數模；DEM計算；建立真實感地形。

數模來源于DEM數據，使用DSDTF-DEM，這是我國國家標準的地球空間數據交換格式，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過的數據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文件上建立數模，使用雙曲拋物面內插法快速獲取數字高程，自動獲取路線中線地面高程、路線地面橫斷面的數據，這些數據可以支持其他CAD設計軟件，可以進行方案設計與數量計算等操作。數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，能夠滿足規劃設計中更多方案比選的要求。真實感覺地形是計算機圖形學上研究很久的問題，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，三角網算法，多分辨率地形等主流技術來完成大規模地形的快速建立與實時觀看。廣東省臺山雞籠山風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。

4　結語

航測與遙感技術的三維建模已經在城市管理、水利水電、公路鐵路的規劃以及國土部門的規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，此項技術的使用是有著非常良好前景的。在現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據；而小范圍內，要求高程精度不高的可以使用低空無人機采集數據；對于城市建設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據；對于范圍廣，精度要求高的工程，使用激光雷達方法采集數據也是不錯的選擇。

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

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

[3]孫紅菊.航空攝影測量數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