候建梅

（中國(guó)水利水電第四工程局有限公司勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，青海 西寧 810000）

一、引言

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是近年來(lái)得到廣泛發(fā)展應(yīng)用的一項(xiàng)新的測(cè)量技術(shù)，是隨著科技的飛速發(fā)展而產(chǎn)生的高科技產(chǎn)物，是在攝影測(cè)量技術(shù)發(fā)展和人們需求增加的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。相對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)量，在獲取所需數(shù)據(jù)方面，其操作更加便利、高效，減少了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和作業(yè)成本，降低了人工測(cè)量的危險(xiǎn)性，并在很大程度上提高了測(cè)量的精度和準(zhǔn)確性。通過(guò)新技術(shù)實(shí)現(xiàn)大量的外業(yè)內(nèi)置，刮風(fēng)下雨、天寒地凍等天氣也能正常作業(yè)，實(shí)現(xiàn)按需測(cè)繪，在減少工作量、人力成本、人為誤差方面極大的提高了工作效率。

利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)生產(chǎn)的實(shí)景三維模型，在人未到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)的情況下，實(shí)現(xiàn)在移動(dòng)平臺(tái)端對(duì)模型進(jìn)行放大、縮小、移動(dòng)、多角度觀看等操作，直觀、全面的展現(xiàn)施工地區(qū)及周邊環(huán)境的地貌、地物以及交通情況，可以進(jìn)一步在桌面端完成對(duì)施工區(qū)域施工方案的修改、制定，為存在缺陷區(qū)域的處理提供技術(shù)保障。

二、測(cè)區(qū)概況

拉西瓦水電站，位于青海省境內(nèi)的黃河干流上，是黃河上游龍羊峽至青銅峽河段規(guī)劃的第二座大型梯級(jí)電站。拉西瓦水電站是黃河上最大的水電站和清潔能源基地，也是黃河流域大壩最高、裝機(jī)容量最大、發(fā)電量最多的水電站。

本次航空攝影范圍以水電站庫(kù)區(qū)兩岸為主體，具體范圍從上游距拉西瓦壩址5km 開(kāi)始，下游至距拉西瓦壩址1km 結(jié)束，左、右岸包括山體陡坡及沖溝。測(cè)區(qū)為高山峽谷地貌，河谷狹窄，兩岸岸坡陡峻，高差近700 米。測(cè)區(qū)面積30km2，其中水域面積占3.62 km2。

三、技術(shù)路線

本項(xiàng)目技術(shù)路線分為前期準(zhǔn)備，外業(yè)數(shù)據(jù)采集、內(nèi)業(yè)空三建模、模型水面精修四個(gè)工序。首先通過(guò)低空攝影獲取整個(gè)測(cè)區(qū)的航片，然后內(nèi)業(yè)利用“無(wú)人機(jī)管家”進(jìn)行空三計(jì)算、Context Capture 軟件建立傾斜三維模型，在完成影像的空三和建模處理后，輸出OSGB、OBJ 的模型成果，并在此基礎(chǔ)上借助DP Modeler 對(duì)模型中的水域進(jìn)行精修，最終得到完整的實(shí)景三維模型成果。

四、項(xiàng)目實(shí)施

（一）無(wú)人機(jī)外業(yè)采集

本項(xiàng)目外業(yè)飛行采用飛馬V300 智能航測(cè)系統(tǒng)，搭載V-OP100 傾斜模塊獲取測(cè)區(qū)影像數(shù)據(jù)。V300 采用領(lǐng)先的傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)構(gòu)，具備垂直起降能力，兼顧定點(diǎn)起降及大范圍數(shù)據(jù)獲取能力。該系統(tǒng)配備100HZ 高精度板卡，支持RTK/PPK 融合作業(yè)方式，續(xù)航時(shí)間為90min，有效作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、機(jī)動(dòng)性好、飛行姿態(tài)平穩(wěn)。傳感器模塊均采用多路冗余設(shè)計(jì)，為飛行安全提供多重保障。

1.航線設(shè)計(jì)

出于對(duì)本次航空攝影范圍作業(yè)面積、飛行時(shí)間和影像分辨率的綜合考量，計(jì)劃2 架次完成數(shù)據(jù)采集工作，地面分辨率為13cm，航向重疊率為80%，旁向重疊率為70%，飛行高度600m。

2.飛行作業(yè)

在目標(biāo)區(qū)域周邊尋找合適的起飛位置，起飛前檢查飛行參數(shù)和無(wú)人機(jī)是否滿足起飛要求，確認(rèn)無(wú)誤后，按照起飛流程開(kāi)展外業(yè)飛行。

3.數(shù)據(jù)傳輸與質(zhì)量檢查

無(wú)人機(jī)降落后，通過(guò)無(wú)人機(jī)管家遠(yuǎn)程下載飛行POS 數(shù)據(jù)，之后從機(jī)載相機(jī)的存儲(chǔ)卡中對(duì)無(wú)人機(jī)航飛影像資料進(jìn)行拷貝，拷貝數(shù)量單鏡頭獲取影像457 張，五鏡頭共獲取影像2285 張?？截愅瓿珊髾z查航飛照片有無(wú)過(guò)亮、過(guò)暗或虛焦等情況，本次航飛數(shù)據(jù)未發(fā)現(xiàn)存在上述問(wèn)題，能夠直接進(jìn)行后續(xù)處理工作。

（二）數(shù)據(jù)處理

1.空三計(jì)算

空三計(jì)算采用飛馬“無(wú)人機(jī)管家”專(zhuān)業(yè)版軟件?！盁o(wú)人機(jī)管家”專(zhuān)業(yè)版軟件，滿足各種應(yīng)用需求的航線模式，支持精準(zhǔn)三維航線規(guī)劃、三維實(shí)時(shí)飛行監(jiān)控，具備GPS 融合解算、控制點(diǎn)量測(cè)、空三解算、一鍵成圖、一鍵導(dǎo)出立體測(cè)圖，提供DOM、DEM、DSM、TDOM、2.5D 模型、真三維模型、標(biāo)準(zhǔn)LiDAR 點(diǎn)云等多種數(shù)據(jù)成果及瀏覽。

使用“無(wú)人機(jī)管家”智理圖GPS 處理模塊對(duì)V300 獲取的差分POS 數(shù)據(jù)進(jìn)行融合差分解算，獲取五個(gè)相機(jī)每張像片的精準(zhǔn)POS，在通過(guò)七參數(shù)將WGS 84 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為測(cè)區(qū)所在的坐標(biāo)系。

利用無(wú)人機(jī)管家智拼圖模塊，分別導(dǎo)入兩個(gè)架次五個(gè)相機(jī)照片和對(duì)應(yīng)POS 數(shù)據(jù)，選擇相機(jī)焦距和相機(jī)類(lèi)型，運(yùn)行進(jìn)行空三計(jì)算，然后導(dǎo)出空三成果Context Capture XML 格式文件。

2.三維建模

三維建模采用Bentley 公司的 ContextCapture 軟件，ContextCapture將從不同視點(diǎn)拍攝的靜態(tài)物體的一組數(shù)字影像作為輸入，通過(guò)其他各種數(shù)據(jù)：相機(jī)屬性（焦距、傳感器尺寸、主點(diǎn)、鏡頭畸變）、影像位置 (POS)、影像角元素 (INS)、控制點(diǎn)等作為輔助信息，經(jīng)過(guò)空三、重建階段的處理，輸出帶有真實(shí)紋理的高分辨率的三維格網(wǎng)模型（實(shí)景三維模型）。

將飛馬無(wú)人機(jī)管家導(dǎo)出的ContextCapture XML 文件導(dǎo)入ContextCapture 軟件，在 ContextCapture 再次進(jìn)行空三計(jì)算，空三處理完成后，即可進(jìn)行傾斜三維模型的生產(chǎn)工作。模型的生產(chǎn)基于空三成果進(jìn)行模型分塊，在分塊模型的基礎(chǔ)上，提取測(cè)區(qū)密集點(diǎn)云，構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)，自動(dòng)紋理映射等流程，分別生產(chǎn)出測(cè)區(qū)OSGB、OBJ 格式實(shí)景三維模型成果，并輸出用于DP Modeler 天際航圖像快速建模系統(tǒng)水面精修所需的坐標(biāo)系空三文件以及未畸變影像。

3.水面精修

三維實(shí)景模型水面精修使用DP Modeler 天際航圖像快速建模系統(tǒng)。天際航圖像快速建模系統(tǒng)DP-Modeler 是自主研發(fā)的一款精細(xì)化單體建模及Mesh 網(wǎng)格模型修飾軟件。通過(guò)特有的攝影測(cè)量算法，支持航測(cè)攝影、地面影像、車(chē)載影像、全景影像、激光點(diǎn)云等多數(shù)據(jù)源集成，實(shí)現(xiàn)空地一體化作業(yè)模式，有效的提高三維建模的精度及質(zhì)量。

DP Modeler 安裝完成后有兩個(gè)圖標(biāo)，JasNewslnManager 是用于配置解決方案，DP Modeler 用于軟件的操作、生產(chǎn)。將Context Capture生產(chǎn)出的OSGB、OBJ 模型，導(dǎo)出的空三文件以及未畸變影像導(dǎo)入JasNewslnManager 中完成OSGB、OBJ、空三文件以及影像配置。

使用DP Modeler 打開(kāi)新建的解決方案，使用OSGB 修飾模塊，以水邊線定一個(gè)基準(zhǔn)面，使用線功能，沿著水域范圍勾勒范圍線并選中，點(diǎn)擊水面修飾功能，調(diào)整范圍空間參數(shù)，水面有高低起伏的情況下，向上向下指數(shù)精良調(diào)整到合適值，填充色為自定義水面顏色。處理完成后，將自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)將水面高低起伏部分?jǐn)M合到該基準(zhǔn)面的平面。要解決大面積水域的破損，需要重復(fù)進(jìn)行多次的水面修飾處理過(guò)程。水面修飾完成后，使用紋理修改功能通過(guò)修圖軟件調(diào)整水面顏色，盡量達(dá)到真實(shí)水面顏色。修飾完成后導(dǎo)出OSGB 格式的三維模型成果，將s3c 格式的索引文件放到對(duì)應(yīng)的模型下，通過(guò)索引文件即可打開(kāi)三維模型。拉西瓦水電站庫(kù)區(qū)實(shí)景三維模型精修前后對(duì)比圖如圖2 所示。

五、小結(jié)

本文利用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，借助DP Modeler 天際航圖像快速建模系統(tǒng)，提供了一套完整的關(guān)于包含超大面積水域三維模型存在空洞的解決方案，可以有效解決三維模型在構(gòu)建過(guò)程中，由于水域面缺少特征點(diǎn)難以得到準(zhǔn)確的匹配，導(dǎo)致最終我們的成果模型中存在大片水域面積呈現(xiàn)出空洞的情況。相比于精修前的三維模型，精修后的三維模型在視覺(jué)效果上有了顯著的提升。

六、展望

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)作為一個(gè)新興的技術(shù)方法在三維建模和工程測(cè)量中有廣泛的前景，傾斜航空影像具有多視角、大重疊度、大傾角等優(yōu)勢(shì)，可獲取更豐富的地物信息。在工程應(yīng)用過(guò)程中，其利用不同角度的相機(jī)同步獲取地形地物的影像，并且批量自動(dòng)提取地形地物的紋理信息，極大地提高了三維地形模型的逼真程度，為三維建模提供了一個(gè)快速、高效的新方法，快速、精準(zhǔn)地進(jìn)行三維建模的技術(shù)為電力輸電線路工程中路徑和塔位選擇、發(fā)變電工程三維設(shè)計(jì)、項(xiàng)目選址及風(fēng)電場(chǎng)機(jī)位布置等提供了有力的技術(shù)支撐。

由于傾斜影像可以把更加豐富的地理信息提供給用戶，用戶體驗(yàn)更友好，從而使傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在測(cè)繪領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的潛力，在進(jìn)行所需數(shù)據(jù)的獲取方面，其操作更加便利、高效，使作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度以及作業(yè)成本都降低了，同時(shí)也成為快速獲取區(qū)域地形信息的重要手段，并在很大程度上提高測(cè)量的精度和準(zhǔn)確性，尤其是在進(jìn)行較小區(qū)域的測(cè)量時(shí)，其技術(shù)的先進(jìn)性更加突出。