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        傾斜攝影測量在水利工程測繪中的應(yīng)用

        2019-07-05 06:05:52孟高原
        測繪通報(bào) 2019年6期
        關(guān)鍵詞:測繪水利工程攝影

        王 杰,孟高原

        (滄州水利勘測設(shè)計(jì)院,河北 滄州 061000)

        近年來,我國的水利工程建設(shè)信息化程度不斷提升,越來越多的信息技術(shù)、空間技術(shù)等一些先進(jìn)的測繪技術(shù)應(yīng)用在我國的水利工程建設(shè)中,給我國的水利工程建設(shè)提供了較為科學(xué)和直觀的依據(jù),其中傾斜攝影技術(shù)就是在水利工程中應(yīng)用較為典型的一項(xiàng)信息化測繪技術(shù)。傾斜攝影技術(shù)作為一項(xiàng)測繪遙感領(lǐng)域發(fā)展起來的高新技術(shù),是通過在同一個(gè)飛行平臺中建立多個(gè)傳感器,利用垂直和傾斜的攝影角度來進(jìn)行數(shù)據(jù)收集,獲得的數(shù)據(jù)信息較為完整和準(zhǔn)確。同時(shí),傾斜攝影測量技術(shù)具有高精度、大范圍等特點(diǎn),可以在任何復(fù)雜的場景下實(shí)現(xiàn)高性能的數(shù)據(jù)測繪處理。目前,傾斜攝影三維數(shù)據(jù)可為智慧城市、規(guī)劃、國土、測繪、軍事、災(zāi)害應(yīng)急、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、旅游、電力、油田等多種行業(yè)提供二、三維一體化的數(shù)據(jù)來源。基于傾斜攝影測量技術(shù)在水利工程測繪中的優(yōu)勢,本文進(jìn)行了深入的分析與研究,以期為同行提供理論借鑒和指導(dǎo)。

        1 傾斜攝影測量技術(shù)內(nèi)容及優(yōu)點(diǎn)

        1.1 主要技術(shù)內(nèi)容

        1.1.1 工作原理

        傾斜攝影技術(shù)作為無人機(jī)空中飛行的一項(xiàng)高科技測量技術(shù),主要特點(diǎn)是利用傾斜攝影技術(shù),在同一個(gè)無人機(jī)上設(shè)置多個(gè)攝像頭來收集圖像,不同角度的傾斜或垂直拍攝,可以讓地理表面的信息更為精準(zhǔn)和完善。

        1.1.2 數(shù)據(jù)信息的獲取與處理

        傾斜攝影測量基本流程主要包括:數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、模型制作、開展測圖、精度檢核、成果提交,如圖1所示。其中,數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和模型制作是傾斜攝影測量的核心內(nèi)容。

        在采集傾斜攝影數(shù)據(jù)過程中,基本要求和技術(shù)規(guī)格如下:一是獲得的圖像為真彩色數(shù)字圖像;二是地面分辨率滿足相關(guān)比例尺地形圖的精度要求;三是照片的航向重疊度及旁向重疊度滿足要求;四是圖像質(zhì)量滿足要求,包括影像清晰、對比度適中、色調(diào)柔和明亮;五是漏洞填充。在航飛過程中由于各種原因可能導(dǎo)致部分區(qū)域無影像覆蓋或影像質(zhì)量不合格,應(yīng)對不合格的航片或漏拍區(qū)域及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)拍,漏洞填充按照原設(shè)計(jì)航線和參數(shù)進(jìn)行。

        數(shù)據(jù)處理及模型制作可以采用相應(yīng)軟件平臺(如街景工廠)實(shí)現(xiàn)較高程度自動化處理,最終生成真實(shí)場景的三維模型。以此三維模型為基礎(chǔ),利用相關(guān)軟件可以對其進(jìn)行各種編輯與分析。

        1.2 傾斜測量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

        (1) 可操作性強(qiáng)。傾斜攝影技術(shù)可以高效、便捷地獲取數(shù)據(jù)信息,工作人員無需在后期進(jìn)行拍攝,通過計(jì)算軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,有著較高的自動化程度。

        (2) 三維模型更接近真實(shí)場景。傾斜影像與垂直角度拍攝正射影像相比,可以提供被測量對象的多角度信息,有效補(bǔ)充地面的一些側(cè)面細(xì)節(jié),極大地彌補(bǔ)了人工模仿真實(shí)度較低的不足,讓建模效果更真實(shí)。

        (3) 測繪成本低。傾斜攝影測量一般采用無人機(jī)低空飛行,對天氣、環(huán)境等要求較低,操作靈活簡捷,減少了飛行周期,節(jié)省了操作人員數(shù)量,從而有效地降低飛行成本。傾斜攝影與傳統(tǒng)航攝方法相比,同一無人機(jī)搭載了多架攝像機(jī),相同架次下可獲得更加豐富的影像數(shù)據(jù)。后期對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行高自動化批量處理分析,節(jié)約了工程的勞動力成本,有效節(jié)省了建模的時(shí)間,減少航拍的次數(shù),獲得更為直接的地表信息,還能降低和避免儀器出現(xiàn)損耗。

        (4) 具有較大的視場角。傾斜攝影測量時(shí)可以對安放在不同角度的攝像頭進(jìn)行角度調(diào)節(jié),從而獲取多個(gè)不同角度的大量測量數(shù)據(jù)。

        2 傾斜攝影測量數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)

        在進(jìn)行傾斜攝影測量的過程中,可以獲得多個(gè)視角的攝影數(shù)據(jù),除了垂直的數(shù)據(jù)信息外,還有多個(gè)方向的傾斜數(shù)據(jù),傳統(tǒng)的空中三角測量軟件不能對傾斜攝影的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,因此傾斜攝影測量需要解決的關(guān)鍵性技術(shù)為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)生成和真正射影像(TDOM)糾正。

        3 傾斜攝影測量在水利工程中的應(yīng)用

        自古以來,人們就對水資源的有效利用和管理進(jìn)行了不斷探索,尤其近年來隨著遙感測繪技術(shù)的不斷發(fā)展,信息化的測繪方法也日益在水利工程中得到廣泛應(yīng)用。水利工程涉及環(huán)境評價(jià)、安全檢測及工程建設(shè)管理等多項(xiàng)工作內(nèi)容,利用無人機(jī)實(shí)現(xiàn)低空遙感進(jìn)行測繪及檢測,可以得到快速高效的精準(zhǔn)信息。此外,無人機(jī)傾斜攝影測量具有較強(qiáng)的機(jī)動性,高清的圖像與GPS系統(tǒng)有效結(jié)合,能夠?yàn)樗こ躺鷳B(tài)化建設(shè)提供更為科學(xué)的分析依據(jù),提高水利工程安全監(jiān)測的可靠性。

        4 無人機(jī)傾斜攝影在水利工程測繪中的優(yōu)勢

        4.1 傾斜攝影產(chǎn)生測繪元數(shù)據(jù)

        在數(shù)據(jù)制作過程中,傾斜攝影制作數(shù)據(jù)是最基本的技術(shù)數(shù)據(jù)。只要產(chǎn)生傾斜攝影數(shù)據(jù),就可以直接從模型中提取各種輔助數(shù)據(jù),包括DEM、DSM、DOM等數(shù)據(jù)。傾斜攝影數(shù)據(jù)在處理過程中還可導(dǎo)出與原始斜向攝影相匹配的點(diǎn)云和高密度圖像,可作為輔助測繪成果,對人們了解現(xiàn)場復(fù)雜地形很有幫助。由于現(xiàn)有普通航空攝影缺乏攪動靈活性,很難在云端下獲得圖像。衛(wèi)星遙感受時(shí)間效率低、分辨率低的影響,不能滿足水利工程等重復(fù)測繪和監(jiān)測工作的需要。而以無人機(jī)為遙感飛行平臺,在機(jī)身上裝載數(shù)據(jù)遙感設(shè)備,以遙感數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為技術(shù)支撐,結(jié)合“3S”技術(shù),可對目標(biāo)水域進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測和數(shù)據(jù)處理。采用無人機(jī)技術(shù)的測繪遙感系統(tǒng)具有獲取高分辨率圖像和快速處理的能力。通過前期的檢查和測試,可以根據(jù)工程需要得到大比例尺的航空影像數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上制作數(shù)字線路規(guī)劃圖、數(shù)字高程模型和數(shù)字正射影像圖,為水利工程建設(shè)提供了重要的信息。

        4.2 提供了更加直觀的數(shù)據(jù)支持并提高了工作效率

        無人機(jī)傾斜攝影基本上采用低空飛行,攝像機(jī)為高清攝像頭,采集的影像數(shù)據(jù)地面分辨率能達(dá)到2 cm。一般情況下,無人機(jī)設(shè)置地面分辨率為5 cm,一天能獲取1 km2的數(shù)據(jù)。如地面分辨率達(dá)到2 cm,處理獲得三維模型后的視覺感與到達(dá)現(xiàn)場基本一致,為水利工程決策提供了更為直觀的數(shù)據(jù)支持。

        生成測區(qū)三維模型后,可利用相應(yīng)軟件平臺對三維模型進(jìn)行編輯、量取、立體測圖等操作。因三維模型具有極好的可視性,能為決策者提供身臨其境的視覺效果,有利于決策者作出決策判斷,從而提高工作效率。

        4.3 泛在測繪成為現(xiàn)實(shí)

        從20世紀(jì)50年代開始,測繪人員就不斷地將TBS、POS等一項(xiàng)項(xiàng)新技術(shù)融入測繪工作中,提高了測繪效率和精度,從而逐漸讓測繪人員擺脫對專業(yè)理論的依賴,使得每一個(gè)人員只要具備基本的無人機(jī)操作知識就可以生產(chǎn)出測繪數(shù)據(jù)來。在航測數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)處理過程中,隨著相關(guān)軟件平臺不斷更新升級,自動化程度越來越高,只需技術(shù)人員設(shè)置少量參數(shù)就可完成操作。航空攝影測量內(nèi)、外業(yè)高度自動化使其廣泛應(yīng)用在水利工程測繪工作中成為可能。

        5 結(jié) 語

        隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,攝影測量技術(shù)也借助科技優(yōu)勢逐漸走向完善。攝影測量技術(shù)的進(jìn)步,不僅提高了我國各行業(yè)測繪工作的效率和質(zhì)量,還促進(jìn)了我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。雖然已有了一定的發(fā)展,但在以后的工作中,還要在此基礎(chǔ)上利用科學(xué)技術(shù)提升測繪工作的水平與質(zhì)量,不斷滿足社會發(fā)展的新要求,使攝影測量技術(shù)走向智能化、現(xiàn)代化、數(shù)字化和高精度化,從而推進(jìn)我國水利行業(yè)測繪事業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。

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