王瀚賢

東莞市運(yùn)河治理中心 廣東 東莞 523000

對(duì)于傾斜攝像技術(shù)來講，其具備著靈活機(jī)動(dòng)、技術(shù)先進(jìn)以及運(yùn)用成本低的特點(diǎn)，將其運(yùn)用于河道治理工作中，能夠快速、高效以及精準(zhǔn)地獲取河道及其周邊環(huán)境的數(shù)據(jù)信息，有助于快速構(gòu)建河道三維模型，這樣能夠幫助河道治理人員更為清晰、直觀地看到整個(gè)河道的地形地貌，從而提高河道治理成效。因此，有必要對(duì)此項(xiàng)技術(shù)在河道生態(tài)治理中的應(yīng)用做出深入研究，從而確保傾斜攝影技術(shù)能夠充分發(fā)揮應(yīng)有價(jià)值和作用。

1 傾斜攝影技術(shù)概述

傾斜攝影技術(shù)屬于國(guó)際攝影測(cè)量領(lǐng)域當(dāng)中的一種高新技術(shù)，其最早能夠追溯到上個(gè)世紀(jì)初，早在1904年便有人研發(fā)出了8鏡頭的相應(yīng)傾斜相機(jī)攝影系統(tǒng)，這種系統(tǒng)同能夠從8個(gè)不同方向開展攝影活動(dòng)，主要用來開展軍事偵察作業(yè)。進(jìn)入到20世紀(jì)30年代后，美國(guó)率先打造出了一個(gè)傾斜相機(jī)系統(tǒng)，其創(chuàng)新性地應(yīng)用了一個(gè)垂直相機(jī)以及四個(gè)不同角度的傾斜相機(jī)，當(dāng)時(shí)被稱為“馬耳他十字”結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)為現(xiàn)代傾斜攝影技術(shù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。自此開始傾斜攝像技術(shù)逐漸進(jìn)入到迅猛發(fā)展階段，自20世紀(jì)40到90年代，陸續(xù)出現(xiàn)了三鏡頭傾斜攝像系統(tǒng)、傾斜數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)等等。而進(jìn)入到2010年后，全球無(wú)人機(jī)行業(yè)正式進(jìn)入到爆發(fā)階段，這使得傾斜攝影技術(shù)開始與無(wú)人機(jī)技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，從而迎來了一個(gè)全新的爆發(fā)式增長(zhǎng)階段?，F(xiàn)階段，傾斜攝影技術(shù)主要指的是通過在同一個(gè)飛行平臺(tái)當(dāng)中有效搭載多臺(tái)傳感器，然后同時(shí)從四個(gè)傾斜以及一個(gè)垂直等多個(gè)不同的角度開展影像采集活動(dòng)（如圖1），傾斜攝影技術(shù)不但可以真實(shí)全面地反映地物情況，有效地獲取高精度被測(cè)量物的紋理信息，同時(shí)還能夠借助先進(jìn)的定位、融合以及建模等一系列技術(shù)手段，打造出逼真的三維模型，有助于相關(guān)工作人員更好地了解和掌握被測(cè)物的真實(shí)狀況?，F(xiàn)階段傾斜攝影技術(shù)在國(guó)內(nèi)諸多領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛運(yùn)用，包括城市三維建模、土地規(guī)劃以及林業(yè)管護(hù)、電力維修等[1]。此項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

圖1 5相機(jī)傾斜攝影示意圖

圖2 河道實(shí)景三維模型

1.1 技術(shù)先進(jìn)

目前來看，傾斜攝影技術(shù)運(yùn)用到了無(wú)人機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)以及數(shù)字建模技術(shù)等一系列高新技術(shù)手段，從最初的數(shù)據(jù)采集一直到數(shù)據(jù)建模處理，整個(gè)作業(yè)流程基本都能夠做到自動(dòng)化開展，可大大提高各類數(shù)據(jù)信息的采集效率以及質(zhì)量。

1.2 數(shù)據(jù)精準(zhǔn)

對(duì)于傾斜攝影技術(shù)來講，其彌補(bǔ)了傳統(tǒng)正向攝影存在的不足，可以站在多個(gè)角度有效地采集地物各方面的數(shù)據(jù)信息，同時(shí)借助數(shù)字建模技術(shù)，能夠?yàn)橛脩籼峁┮粋€(gè)真實(shí)直觀的地物模型，實(shí)際精度能夠達(dá)到厘米級(jí)，可以為相關(guān)調(diào)查研究活動(dòng)提供可靠充足的數(shù)據(jù)信息支持。

1.3 能夠減少野外工作量

對(duì)于傾斜攝影技術(shù)來講，其能夠在多種不同的環(huán)境下開展測(cè)量活動(dòng)，包括一系列地形復(fù)雜以及人跡罕至的地區(qū)都可以進(jìn)行運(yùn)用，有著極強(qiáng)的適應(yīng)性以及靈活性，這樣可以大幅度減少人工開展的野外調(diào)查以及測(cè)量工作量，既有助于提高調(diào)查測(cè)量工作的效率和質(zhì)量，也可以避免出現(xiàn)安全事故[2]。

2 傾斜攝影技術(shù)在河道生態(tài)治理中的應(yīng)用研究

2.1 案例概述

河道生態(tài)治理指的是在相應(yīng)河道陸域控制線當(dāng)中，在切實(shí)滿足防洪、飲水、排澇等一系列河道基本功能要求的前提下，借助人工修復(fù)措施來促使區(qū)域內(nèi)河道水生態(tài)系統(tǒng)得到有效恢復(fù)和改善，以此打造出健康、完整以及較為穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)的河道水生態(tài)系統(tǒng)的相關(guān)活動(dòng)[3]。該活動(dòng)在實(shí)際開展過程中，需要做到因地制宜以及節(jié)能高效，做好前期數(shù)據(jù)采集建模和規(guī)劃，可保證治理效果同時(shí)盡可能地降低治理成本以及后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。

案例工程為國(guó)內(nèi)某市某河道生態(tài)治理工程，所需治理河道實(shí)際總長(zhǎng)度約為11.4km，對(duì)于河道疏導(dǎo)段整體長(zhǎng)度約為9.2km，對(duì)于堤岸防護(hù)段河道實(shí)際長(zhǎng)度約為3.3km，該河道打造了擋水建筑共計(jì)2處，構(gòu)建出的水面面積約為6.3hm2。為提高河道治理工作成效，案例工程對(duì)無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行了運(yùn)用，以此為河道治理活動(dòng)有效地提供一系列數(shù)字化測(cè)繪成果。

2.2 技術(shù)介紹

案例工程本次使用的傾斜攝影技術(shù)主要涉及以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

1、大疆經(jīng)緯M300RTK無(wú)人機(jī)，實(shí)際續(xù)航能力約為55min,能夠支持三云臺(tái)以及六向定位避障；2、對(duì)于傾斜攝影相機(jī)主要選用的是賽爾102S，屬于五像頭比較高端先進(jìn)的免像控測(cè)繪相機(jī)；3、案例工程對(duì)RTK實(shí)時(shí)差分技術(shù)也展開了運(yùn)用，無(wú)人機(jī)在實(shí)際飛行過程中能夠?qū)TK實(shí)時(shí)差分信號(hào)做出有效獲取，從而確保能夠得到高精度的一系列航飛POS數(shù)據(jù)信息；4、案例工程對(duì)ContextCaptureCenter數(shù)據(jù)信息處理軟件（以下簡(jiǎn)稱三維建模軟件）進(jìn)行了選用，其可以滿足三維模型構(gòu)建、地表模型構(gòu)建以及三角測(cè)量等一系列測(cè)繪成果的現(xiàn)實(shí)要求[4]。

2.3 作業(yè)流程

案例工程先借助傾斜攝像技術(shù)有效獲取測(cè)區(qū)當(dāng)中的一系列傾斜影像，然后借助數(shù)據(jù)處理軟件，開展空三處理同時(shí)打造實(shí)景三維模型以及數(shù)字地表模型還有數(shù)字正射影像等一系列4D產(chǎn)品。最終根據(jù)實(shí)景三維模型，借助EPS地理信息工作站開展相應(yīng)數(shù)據(jù)信息采集以及河道本身橫縱斷面圖方面的繪制工作等。

2.4 航飛設(shè)計(jì)

案例工程的飛行方案具體如下：

1、本次飛行的總體航線主要設(shè)定為“Y”字形，結(jié)合測(cè)區(qū)兩岸的實(shí)際山區(qū)地形以及建筑高度，決定分三次開展飛行作業(yè)；2、整體設(shè)定4條航線，實(shí)際相對(duì)航高控制在100-200m之間，最終獲取航片達(dá)到了4132張；3、對(duì)于影像地面分辨率需要優(yōu)于0.02m，對(duì)于河道兩岸的實(shí)際航向重疊度還有旁向重疊度，主要設(shè)定為80%以及60%；4、對(duì)于下視角相機(jī)設(shè)定為垂直角度開展拍攝活動(dòng)，對(duì)于4個(gè)不同朝向的相應(yīng)傾斜相機(jī)，案例工程將其側(cè)視角最終設(shè)定為-45°；5、本次飛行作業(yè)的飛行速度要求控制在8m/s左右。

2.5 測(cè)量控制

案例工程本次測(cè)量活動(dòng)開展過程中，對(duì)于像控點(diǎn)（主要指的是攝影測(cè)量控制加密以及測(cè)圖的基礎(chǔ)）以及檢查點(diǎn)，均設(shè)置為平高點(diǎn)，前者一共有效布設(shè)了15個(gè)，后者一共布設(shè)3個(gè)。其中像控點(diǎn)主要設(shè)置在帶狀測(cè)區(qū)本身的左右兩側(cè)，整體主要借助“S”形路線形式進(jìn)行布點(diǎn)，除此之外，設(shè)定的像控點(diǎn)要求徹底覆蓋整個(gè)治理區(qū)域。對(duì)于像控點(diǎn)的測(cè)量活動(dòng)來講，主要借助RTK方式（主要指的是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位差分技術(shù)）有效地對(duì)中開展3次測(cè)量作業(yè)，然后取平均值以此充當(dāng)最終控制點(diǎn)成果。

2.6 飛行作業(yè)

為了避免不利氣象條件對(duì)本次航飛作業(yè)產(chǎn)生干擾和影像，最終選擇在一個(gè)能見度相對(duì)較好，同時(shí)晴朗無(wú)云的天氣開展飛行作業(yè)。具體航飛過程中，要求逐條航線借助同一架次有效地在2天當(dāng)中切實(shí)完成航飛活動(dòng)。完成飛行作業(yè)之后，需要對(duì)獲取到的一系列航攝資料質(zhì)量開展仔細(xì)全面的檢查工作。具體檢查內(nèi)容涉及以下幾個(gè)方面：

1、影像清晰度情況；2、影像的色調(diào)情況；3、一系列水系要素必須要保證可以在照片當(dāng)中做到清晰可辨；4、對(duì)于地物需要保證輪廓清晰完整；5、對(duì)于相鄰影像間的一系列相同地物需要保證色調(diào)一致[5]。

2.7 做好內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理工作

2.7.1 空三加密

案例工程主要借助三維建模軟件開展自動(dòng)化的空三加密作業(yè)（指的是解析空中三角測(cè)量，也可以稱之為電算加密或者是攝影測(cè)量加密，主要是將像片當(dāng)中量測(cè)的像點(diǎn)坐標(biāo)作為核心依據(jù)，借助嚴(yán)密的數(shù)學(xué)模型，依照最小二乘法原理，同時(shí)利用少量野外像控點(diǎn)充當(dāng)約束條件，然后在計(jì)算機(jī)當(dāng)中解求出現(xiàn)階段所攝地區(qū)未知點(diǎn)的相應(yīng)地面坐標(biāo)）。有效完成空三加密活動(dòng)之后，需要對(duì)加密精度等一系列指標(biāo)開展檢查工作，在確定切實(shí)滿足航攝內(nèi)業(yè)規(guī)范中明確提出的定向點(diǎn)、檢查點(diǎn)還有一系列區(qū)域網(wǎng)公共點(diǎn)方面的精度要求后，再將這些數(shù)據(jù)信息提交至下一工序，為構(gòu)建實(shí)景三維模型提供數(shù)據(jù)信息支持。

2.7.2 空中三角測(cè)量

案例工程傾斜航空攝影工作中的三角測(cè)量作業(yè)主要在三維建模軟件的支持下完成。具體做法如下：先開展航片整理以及影像質(zhì)量檢查工作，以此確保順序一致，然后需要將定位定姿文件（主要指的是POS文件）有效地放入對(duì)應(yīng)架次的一系列文件夾當(dāng)中。在此基礎(chǔ)上做好影像對(duì)應(yīng)的一系列POS文件的位置以及相機(jī)參數(shù)方面的設(shè)置工作，最后需要合理設(shè)置坐標(biāo)系統(tǒng)以及影像路徑等一系列參數(shù)，以此構(gòu)建出block文件[6]。

2.8 做好三維建模作業(yè)

在完成上述作業(yè)之后，案例工程要求相關(guān)工作人員借助三維建模軟件（現(xiàn)階段常用的軟件包括Autodesk Maya、3D Studio Max、GodWork以及ContextCaptureCente等）開展實(shí)景三維模型方面的自動(dòng)化生產(chǎn)活動(dòng)。對(duì)于該軟件來講，其內(nèi)部配有影像密集匹配算法，所以可以自動(dòng)高效地匹配出一切影像中存在的同名點(diǎn)，同時(shí)還可以從傾斜影像中快速地提取出相對(duì)較多的特征點(diǎn)，以此打造出三維密集云點(diǎn)，這樣便能夠更為精確以及完整地對(duì)相應(yīng)地物的細(xì)節(jié)做出充分表達(dá)和反映。除此之外，該軟件通過對(duì)瓦片技術(shù)（主要指的是將相應(yīng)范圍當(dāng)中的地圖依照設(shè)計(jì)好的尺寸以及格式，并且按縮放級(jí)別或相應(yīng)的比例尺，有效地切成若干行以及列的相應(yīng)正方形格柵圖片）的運(yùn)用，能夠?qū)⒔^(qū)域有效地劃分為一系列正方形“Tile”（瓦片），對(duì)于每個(gè)“Tile”的實(shí)際面積能夠結(jié)合計(jì)算機(jī)配置進(jìn)行科學(xué)設(shè)置。借助并行機(jī)制（指的是將一個(gè)工作有效地分成若干份，然后分給不同進(jìn)程以此同時(shí)開展處理工作），可以將每個(gè)“Tile”方面的三維模型建立有效地打包為一個(gè)具體的任務(wù)，并且自動(dòng)分配節(jié)點(diǎn)，從而開展測(cè)區(qū)方面的三維模型自動(dòng)化生產(chǎn)制作活動(dòng)，最終創(chuàng)造出的三維模型具體格式為OSGB（指的是OpenSceneGraph框架的自有格式,是一種二進(jìn)制數(shù)據(jù)）。

2.9 做好河道基本情況調(diào)查工作

案例工程通過構(gòu)建出的三維實(shí)景模型，能夠有效調(diào)查的具體內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：

1、河道兩岸情況調(diào)查。案例工程需要治理的河道兩岸存在大量雜草、較為茂密的植被以及護(hù)河林還有沿河建筑等等，開展野外實(shí)測(cè)活動(dòng)難度非常大，而且容易出現(xiàn)安全事故。借助此次測(cè)量活動(dòng)打造的三維實(shí)景模型，能夠幫助相關(guān)工作人員直觀清晰地看到河道兩岸較為復(fù)雜的真實(shí)環(huán)境，更好地清查河道兩岸堆積的一系列雜物以及違章建筑等，同時(shí)還可以詳細(xì)完整地勾勒出實(shí)際侵占的具體范圍輪廓，并且有效地標(biāo)明可辨別的實(shí)際侵占類型，這能夠?yàn)楹拥郎鷳B(tài)治理工作的順利高效開展提供真實(shí)可靠的參考和依據(jù)[7]。

2、河道現(xiàn)狀調(diào)查。借助構(gòu)建出的三維實(shí)景模型，可以對(duì)河床淤積、沖刷等問題的真實(shí)情況做出充分地了解和掌握，針對(duì)一些水質(zhì)相對(duì)較為復(fù)雜的區(qū)域可以進(jìn)行標(biāo)識(shí)，然后開展實(shí)地探查工作。一是行洪能力調(diào)查，結(jié)合三維實(shí)景模型，案例工程發(fā)現(xiàn)部分河段河槽較為狹窄，實(shí)際行洪過水?dāng)嗝娲嬖谝欢ú蛔悖糠中泻闉┑卮蛟炝溯^多水產(chǎn)品養(yǎng)殖池，多處區(qū)域經(jīng)常停泊較多的船只，使得河道下游行洪水位得到了持續(xù)抬高，進(jìn)一步延緩了洪水本身的下泄時(shí)間，使得上游防洪壓力開始不斷增大。二是水污染調(diào)查，結(jié)合三維模型當(dāng)中顯示的河道水體的具體顏色，相關(guān)工作人員能夠清晰準(zhǔn)確地辨別水污染以及固體廢棄物污染情況，同時(shí)還可以能夠幫助相關(guān)工作人員及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)以及排查位置相對(duì)較為隱蔽的排污口，這樣可以規(guī)避實(shí)地巡查活動(dòng)存在的遺漏問題，有助于提高排污巡查工作成效，從而為河道治理工作提供支持和幫助。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在河道生態(tài)治理活動(dòng)中合理運(yùn)用傾斜攝影技術(shù)，不但可以有效地獲取到河道治理活動(dòng)需要用到的一系列制圖，包括橫縱斷面圖還有大比例尺地形圖等，同時(shí)還可以獲取到一個(gè)大范圍、實(shí)際精度極高的相應(yīng)三維實(shí)景模型，這些制圖和模型可以為河道及其周邊區(qū)域生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查、水污染調(diào)查以及非法占地調(diào)查等等提供支持和幫助，有助于河道治理工作的順利高效開展。文章針對(duì)傾斜攝影技術(shù)在河道生態(tài)治理中的具體運(yùn)用措施做出了深入研究，以此提高此項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用水平，助推河道治理工作持續(xù)向好發(fā)展。