基于航測與遙感技術的三維建模應用分析

劉 德

（河北省地質調查院，河北石家莊 050000）

我國信息技術發展突飛猛進，為順應時代的發展，“數字地球”“數字城市”等數字化概念逐步被提出，而空間信息技術的發展也為此奠定堅實基礎。過去幾年里，我國致力于實現無紙化辦公與信息化社會，為促使中國進入科技化時代不斷奮斗，研發人員以二維數據為基礎不斷開發新型數據空間。現階段，二維數據已經不能滿足各行各業的專業需求，也正是因此衍生了一種更為直觀便利的核心數據——4D 技術。三維建模技術的應用需要以這種技術為主體，在不斷研發優質技術的同時將4D 技術應用到三維建模過程中，借助4D 技術的便利條件為我國航測與遙感技術提供更有力的保障。

1.航測、遙感技術與三維建模技術分析

1.1 航測與遙感技術

航測又稱為攝影測量與遙感，是目前測繪技術中的一種遙感科學，這種技術是目前的一種新興邊緣學科，主要用過非接觸傳感器直接獲取需要的信息與數據，解決傳統目標的幾何定位，提取目標對象的具體物理特征。目前，航測與遙感技術已經得到各行各業的高度重視，航測與遙感技術主要是依靠先進設備，利用紅外線、電磁波等物理技術對目標物體進行精準檢測，相較傳統工藝來說，其精準程度與工作效率都有明顯提升。但由于其依然受到傳統技術的制約，導致相關工作人員的工作開展情況沒有大幅度進步。如今，我國航測與遙感技術不再需要大量的人力資源，通過人工智能以及大數據，計算機等先進技術能直接獲取目標物體的精準數據信息[1]。由此可見，若能將其大范圍應用，對于推動國家經濟發展，保障人們生活質量都有決定性作用。

1.2 三維建模技術

隨著空間信息技術的高效進步，二維數據已經不夠先進，對各行業的需求無法達到相應標準，因此，4D 技術與4D 產品的三維建模技術應用已經成為科技發展的必然趨勢。因此，為促進三維建模技術在航測與遙感技術下得到充分應用，保證4D 產品能深入各行各業的生產技術中，相關研發人員已經逐步開始將地理信息技術與三維建模技術進行充分結合，以期能夠更加精準地對數據進行分析、計算和處理。在實際進行三維建模技術的應用過程中，必須首先對二維模型進行升級與改良，用以提高工作質量與效率。二維模型得到優化后能夠更好地滿足工作所需的條件，發揮其新時期社會發展中的最大作用。數據模型的建立能夠為后期工作提供保障，及時發現操作過程中存在的問題，由此可見，數據建模工作是十分重要的，應該得到足夠重視，并嚴令員工按照操作規則進行操作，保證模型的質量。

2.4D 技術與航測遙感技術特點

2.1 4D 技術

4D 指的是數字高程模型，正射影像圖，柵格地圖與線劃地圖四種數字化測繪產品，而生產這一系列產品的技術則是4D 技術。4D 技術在平面設計與制圖的工作中能夠發揮重大作用，但因其被各方面因素的制約，導致4D 技術中的許多專業條件沒有得到充分發揮，這也導致4D 技術中的許多要素得不到作用，比如水利工程中DEM 與DOM數據都有特定格式，需要特定軟件進行操作，但卻很少有工程會真的將其具體落實，這也在很大程度上降低了4D技術的效率與作用。4D 技術就是通過多種數字檢測產品的結合而形成的一種促進人工智能時代發展的先進技術[2]。目前，4D 技術正在水利工程設計與施工方面得到廣泛使用，雖然有越來越多的行業開始重視4D 技術，但其DRG和DLG 技術并沒有得到真正的使用，這也導致4D 技術沒能得到充分發展。以我國土木工程市場情況為例，軟件廠商的側重點依舊在于圖紙設計計算機模型構建，對數理模型在CAD 中的具體應用沒有足夠的認知，導致4D 技術的價值未能充分發揮。結合現階段的市場形勢來看，想要使4D 技術得到充分的重視，必須使相關人員提升對此項技術的思想認知，認識到這項技術的重要性，并在實際工作過程中將其徹底融入，并在這一基礎上，繼續探索行業需要的適宜技術。

2.2 航測遙感技術特點

航測遙感技術相較傳統勘測方式來說，特點更加鮮明，首先航測遙感技術能夠避免實地考察，只需利用飛機或衛星等技術設備對指定區域進行掃描，就可以得到需要的數據。遙感設備的出現極大地提升了勘測結果的準確程度，隨著科技的不斷進步，高清拍攝設備越來越多，這不但促進了航測遙感技術的發展，還使航測遙感技術逐漸向自動化方向靠攏，航測遙感技術自動化發展能夠大大降低人力需求。目前，我國航測遙感技術的發展水平基本呈現自動化狀態，對于區域勘測只需要少量人為操作，絕大部分工作是由自動化設備進行的，操作人員只需要根據勘測需求輸入相應參數。不僅如此，在得到需要的數據后，還可以利用軟件對數據展開分析，使數據通過另一種形式呈現，航測遙感技術的應用，在一定程度上提升了勘測領域的發展，使我國勘測技術水平顯著提升。

3.航測與遙感技術的三維建模應用分析

3.1 數據采集

數據采集是4D 技術中十分基礎的一項工作，其在不同行業也具備不同的功能，應用方法也各不相同。與遙感技術相比，航測的數據采集工作更多的是依靠人工技術的力量，4D 技術的具體應用則可以改善這一弊端[3]。在4D產品中，常用的數據采集的方式主要包括航天遙感，傾斜航空攝影、低空無人機攝影、大飛機航空攝影、LTDAR激光掃描等，這幾種數據采集方式是目前為止應用頻率最高效果最好的。將4D 技術充分應用在三維建模工作中不僅能夠以更加便利的手段獲得更為精準的數據，還可以將原有的技術進行改良更新，并在工作過程中對原有的技術展開詳細分析，得到具體分析比較圖，在圖上可以清晰地看出數據的變化。

大飛機航空攝影：大飛機攝影是一種航空攝影，指的是將攝影機安裝在飛機上進行拍攝，這種拍攝方式能夠大面積拍攝到區域內容，攝影前需要設定飛行路線，相鄰影像間需要保持一定的重疊度。完成任務后則可以進入另一條航線攝影，但也要注意保持一定重疊度。

低空無人機攝影：低空無人機攝影主要是用無人機為攝影遙感平臺，利用遙控傳感器獲取地理信息。目前，無人機攝影在許多行業多有廣泛應用，較為常見的有固定翼無人機、旋翼無人機、無人飛艇等，無人機遙感技術是航測遙感中的一種重要手段，適用于高危地區探測，其具備勘測成本低，技術靈活，續航時間長等優勢。

航天遙感：遙感是一種不用接觸實際物體在一定距離內使用光學或電子光學儀器接收電磁波信號來控制的儀器，其可以用圖像、數據等形式將信息記錄下來，并傳送回傳感器端，為動態監測、資源勘查等行業提供便利條件。航天遙感也是衛星遙感，主要以衛星作為遙感平臺，以傳感器控制衛星對時空進行掃描，保障地面安全。遙感技術的不斷進步也為航天遙感提供了更優質的服務，使我國航天事業發展取得顯著成績。

3.2 數據處理

生態環境的大規模改變促使人們不得不開始重視生態文明建設，并積極尋找節能環保的手段[4]。比如在礦山開發作業時，利用航測與遙感技術能夠有效增強信息技術支持，加強管理工作，并依據精準數據制定更為合理的開礦方案。除此以外，還能夠很好地保護礦山周邊的生態環境不受作業影響。采礦工作是一項容易產生嚴重污染的危險作業，若得不到專業合理的技術指導，則會導致污染防治工作效率低下。應用無人機航測監控過往人員與車輛，則可以高效避免人為的生態破壞。在進行數據處理的過程中，地形分析方面較為突出，利用航測與遙感技術獲得數據繪制的地理圖，并將數據與信息充分融合，實現地形調查工作。攝影測量和遙感技術的4D 產品主要包含數字線劃地圖、數字柵格地圖、數字高程模型以及數字正射影像圖，這些產品適用于各個行業，起到的作用也各不相同。

數字柵格地圖：數字柵格地圖是以柵格數據格式儲存與表示的圖形數據，這一產品可以用作背景圖，給其他數據提供參照與修測依據，可以用在數據采集評價與更新方面。數字正射影像圖：數字正射影像圖是通過數字高程模型，對經過掃描處理后的航空像片進行輻射糾正，按圖幅范圍裁切成影像數據，帶有公里網格以及地圖幾何精度和影像特征。數字高程模型：數字高程模型是在高斯投影平面上規則或不規則的網格點的平面坐標與高程數據集，其可以派生出等高線、坡度圖等，也能與其他專題信息數據疊加，生產數字正射影像圖的基礎數據。數字線劃圖：數字線劃圖是地形圖上一種基礎要素信息的矢量格式數據集，其中保存著要素空間關系以及相關的屬性信息。數字線劃圖能全面地描述地表目標，為縮短數據采集和產品提供的周期，數字線劃圖能夠滿足各項要求，隨即進行數據選取和顯示，與其他信息疊加，從而進行空間分析與決策。

3.3 數據應用

數據應用最初應用于我國軍隊與鐵路行業，現如今已經逐漸普及到各行各業，利用數據處理功能獲得特殊目標主要體現在軍事領域，傳統的航空攝影技術并不能滿足信息數據的獲取需求，因此必須利用航空遙感技術獲取相關數據，使圖像與數據的精準度得到提升。另外，航測與遙感技術還能夠大幅度降低人力與成本，保護礦物資源，提高工作效率。數字高程模型建立后也需要通過雙曲拋物線插值的計算得到對應的具體數字高程，三維建模技術能夠使這一過程中的相關數據被自動獲取，既能夠避免人為操作可能會出現的誤差，也能夠很好地提升工作效率。因此，在這項工作的進行過程中，相關人員必須確保建立的模型能滿足實際工作需求，并致力于提高數字模型計算的效率與質量，使模型建立更加完整。

3.4 三維建模技術應用分析

21 世紀科技進步的同時，空間信息技術也得到了快速發展，二維數據已經無法滿足新時代的需求，因此跟隨時代發展的腳步4D 技術產品以及三維建模逐漸形成新的發展趨勢，并在各行各業中得到了高度使用。三維建模技術能夠更加精準地分析和計算數據，在一定程度上使4D產品的效果在各個行業得到高效發揮[5]。

數據模型建立：數據模型建立是三維建模技術中的重要組成部分，數據模型起源于數字高程模型，其主要使用了我國標準地圖空間數據交換格式NSDTF -DEM，這種方式的數字高程模型是以矩形塊形式存在的。部分數據計算并不需要很大的矩形塊，為了節省計算空間可以利用小矩形模塊對其進行模擬，建立項目文件對模型群進行管理，并利用文件索引將數字模型儲存機制優化，使其能夠更準確迅速地找到文件的對應構成模型，為后續運算打好基礎。

建立真實感地形：建立真實感地形手段主要有BPS算法以及LOD 算法，在疊加高分辨率影像后算法顯得尤為重要。基于4D 的三維建模在工程中的實際使用效果來看，建立真實感地形可以為工程的實施提供便利條件，應選擇適宜方式進行數據采集與處理，具體形式應結合工程具體情況分析，可以通過路線邊界約束算法等技術建立大規模地形便于實時觀看。

4.結語

充分實現信息化科技建設能為人們生活與社會經濟帶來不可小覷的便利條件，基于此，本文結合航測遙感技術以及三維建模技術的具體情況對4D 技術展開研究，分析了4D 技術應用現狀以及其在三維建模中的具體應用情況與作用，以期能夠為我國科技發展提供參考。由于如今的大部分行業已經無法脫離航測與遙感技術的支持，因此需要得到不斷的完善與提升。研發人員應該在今后的工作過程中，充分吸收現代化技術與知識，發揮巨大的效能，在完善相關技術的同時發掘新的潛力，進而發展更多的產業，使我國經濟建設得到更高效的發展。