淺談傾斜攝影測量技術在水利行業的應用

蔡悅

摘 要：傾斜攝影測量技術由于其建模速度快、精度高、費用低等優點，在測繪領域廣泛應用。快速、高精度的三維立體模型將為數字水利的建設提供強有力的技術支持。本文闡述的傾斜攝影測量的原理及特點并結合水利行業信息化的發展方向，對傾斜攝影測量在水利信息化建設中的應用進行了思考與探究。

關鍵詞：數字水利；傾斜攝影測量；三維建模

1 引言

隨著“數字地球”的不斷發展，“數字水利”的概念被提出并依托計算機技術、通信網絡技術、3S 技術等高新技術手段為國家水資源的管理與利用提供服務。然而傳統的二維地圖所提供的數據信息已無法滿足越來越多元和廣泛的水利需求。必須建立逼真的三維現實場景，并構建以此場景為基礎的系統為數字水利的發展服務。

2傾斜攝影測量

傾斜攝影測量技術是國際測繪領域近年來倡導使用的一項高新技術。它顛覆了以往影像只能從正攝角度拍攝影像的局限，通過不同的角度采集影像數據，將用戶引入了符合人眼視覺習慣的真實且直觀的世界。

2.1傾斜攝影測量概述

傾斜攝影測量以飛機為承載平臺，融合了傳統航空攝影測量和近景攝影測量技術。它通過在同一飛行平臺上安置的1 臺垂直相機及4 臺傾斜相機，可以在一次飛行過程中同時獲取正下方地物頂部影像及前、后、左、右四個方向地物的側面影像。

拍攝相片時，相關航測參數如航高、航速、航向重疊、旁向重疊、坐標也應同時被下來以便后期對傾斜影像進行分析和處理。某時期飛機連拍影像重疊的照片如圖1所示。

2.2傾斜攝影測量的技術特點

以往的航拍正射影像只能從垂直角度拍攝地物，而低空無人機傾斜攝影測量系統通過在同一個無人機平臺上搭載多臺傳感器，同時從多個不同的角度采集影像，可以快速、高效獲取豐富的數據信息，從而得到地物的不同立面信息，有利于三維模型的細節構造。相對于傳統的航空攝影測量手段多個角度地物目標的特征信息能夠有效彌補了傳統正射影像的不足。傾斜攝影所獲成果不僅可以構建可量測的傾斜實景影像系統，供用戶進行包括高度、長度、面積、角度、坡度等屬性的多角度快速瀏覽和空間量算，還可作為三維建模的基礎數據，采取批量處理的方式快速構建三維景觀模型，充分發揮航空攝影作業效率高的優勢，有效降低三維建模的成本。三維建模的技術流程如圖3所示。

2.3傾斜攝影測量的發展

近年來，傾斜攝影測量技術趨于成熟，一些商品化的傾斜攝影測量系統陸續出現；硬件系統以美國Pictometry 傾斜攝影相機和國內四維遠見SWDC - 5傾斜攝影相機為代表。數據后處理軟件以美國Pictometry 系統和法國Infoterra的像素工廠為代表，除此之外，徠卡公司的LPS 工作站、AeroMap 公司的MultiVision 系統、Intergraph公司的DMC 系統、Astrium 公司Street Factory 系統等軟件都達到了實用化的水平。在國內主要有：紅鵬公司推出的無人機敏捷自動建模系統、超圖軟件公司的SuperMap GIS 7C 軟件、立得空間公司的Leador AMMS 以及武漢天際航公司的DP-Modeler等傾斜攝影測量軟件。此外，微軟公司的UltraCam Osprey傾斜攝影測量系統也已投入商用，此舉無疑將把傾斜攝影測量的技術競爭引向更高水平。

3數字水利的建設與發展

當前，信息化正在加速向水利行業滲透。多學科、跨領域的各項新興技術正不斷為水利行業的發展提供著幫助與支持。傳感器技術日趨成熟，為信息采集、數據的可視化提供了前所未有的技術手段和解決方案，將對水利的規劃、設計、安全管理等產生全方位的影響，為水利行業全面技術升級提供了可能。我們把利用以信息技術為核心的一系列高新技術對水利行業進行全面技術升級和改造這一過程形象地稱為數字水利。

數字水利通過綜合運用計算機技術、遙感、GIS、GPS、多媒體技術、大規模存儲技術以及智能數字采集等技術，以各種數據基礎設施為框架，獲取水事活動中相關的水文、氣象、環境、水情、工情等各種水利信息，將水利工作信息納入一個即時的可管理、可監控、可調度的科學平臺；數字水利主要包括數字防汛、數字調水、數字水土保持、數字水資源、數字水文、數字水利工程以及電子政務和綜合水利會商等內容。因為水利信息絕大部分都是空間信息.空間信息非常復雜，涉及到點、線、面和三維空間的復合問題，因此，構筑“數字水利”系統離不開航測技術所提供的空間數據。

4傾斜攝影測量技術的數字水利應用

4.1水利規劃管理及工程建設

水利規劃作為一項先導性工作，是數字水利重要的一步，對水利工程設計、建設發揮著決定性的作用。以往，水利規劃人員利用傳統的二維地圖結合實地的勘測，通過專業技能和想象力構思規劃，并通過文本、二維圖件等形式表達規劃成果。隨著這些年傾斜攝影測量對三維建模技術的發展的推動，三維規劃系統的應用，為在水利規劃過程中進行現場勘查、規劃設計、方案對比、信息管理等提供了極大便利。與此同時，傾斜攝影測量技術能夠便捷的獲取實景的三維數據，這為在實際工程中如大型水利建設中土石方量計算、水工建筑物的信息獲取、壩址選取、大型水庫淹沒區估算等提供了有效的數據依據，為水利工程建設節約了時間，也節約了成本。

4.2.水域安全管理及防災減災

借助傾斜攝影技術構建的可量測實景和三維模型系統，非GIS專業的管理者也可以直觀、全面地掌握災害發生地的環境信息，方便日常監管、決策指揮。在天津特大火災爆炸案中，利用傾斜攝影測量采集的數據構建三維模型，使得搶險工作在立體沙盤上直觀清晰的進行。面對水利災害，構建的三維模型系統一方面能夠有效地傳遞洪水水位信息，獲取實時的洪水情況，為防汛指揮工作提供強有力決策支持。另一方面，清晰的三維可視化能夠直觀的反應受災情況，評估受災面積、受災房屋數量以及受災程度等，并對水體污染、大面積泥石流、滑坡等山地災害進行預警和監控。與此同時，真實三維場景的建立還為應急指揮人員同現場人員及社會公眾的互動交流提供了便利。

4.3.水文信息分析與管理

水文信息是水利的重要組成部分，流域水資源合理開發、運行調度、管理、保護，水利工程管理都需要水文數據做堅實的后盾基礎。利用傾斜攝影測量技術建立三維模型與GIS技術相結合，構建三維可視化的數字水利系統，將傳統水文中水位、摘錄雨量、錄入蒸發量等基礎數據進行分析，能夠更加直觀和有效的獲得水情現狀，精確的水情現狀信息能夠為水情預報與監測、流域保養水能力，水庫調度提供強有力的支持。

5 結論與展望

傾斜攝影測量技術的飛速發展為獲取地物的多角度紋理細節特征提供了豐富的信息，也為人工智能的三維實體重建提供了技術支持。然而，傾斜攝影測量高精度匹配仍然亟待解決的關鍵性問題，對于三維模型的表達也會存在局部失真的情況。隨著數字水利的發展，通過傾斜攝影測量所提供的三維成果并結合其他傳感器的測量數據，建立起一個 “數字水利系統“，將為水利事業的發展提供更全面的服務。

參考文獻

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