傾斜攝影三維建模技術(shù)流程及案例分析

劉森

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.30.001

摘 要：本文介紹了傾斜攝影測量原理、實(shí)景三維建模技術(shù)流程及其技術(shù)優(yōu)勢，并探討了利用傾斜攝影自動三維建模的方法對輸電線路走廊資源進(jìn)行快速調(diào)查，尤其是在建筑物擁擠地區(qū)、林木密集覆蓋區(qū)、惡劣地質(zhì)區(qū)和交叉跨越設(shè)施復(fù)雜地區(qū)，可有效提高輸電線路的設(shè)計(jì)質(zhì)量，優(yōu)化工程投資造價(jià)，具有創(chuàng)新性和先進(jìn)性。

關(guān)鍵詞：傾斜攝影 真三維模型 輸電線路走廊資源 快速調(diào)查

中圖分類號：P231 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）10（c）-0001-02

隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，建設(shè)環(huán)境日益惡化，地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生，輸電線路走廊規(guī)劃設(shè)計(jì)難度日益加大。采用傳統(tǒng)的測量方式對輸電線路走廊資源進(jìn)行調(diào)查，工作量大、效率低，成本高，難以滿足電網(wǎng)建設(shè)需求。針對上述問題，本文提出了利用傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行實(shí)景三維建模的方法對輸電線路走廊資源進(jìn)行快速調(diào)查，可有效提高輸電線路的設(shè)計(jì)質(zhì)量，優(yōu)化工程建設(shè)投資造價(jià)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

1 傾斜攝影工作原理及技術(shù)優(yōu)勢

1.1 傾斜攝影測量原理

傾斜攝影技術(shù)是國際測繪遙感領(lǐng)域新興發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，融合了傳統(tǒng)的航空攝影和近景測量技術(shù)，顛覆了以往正射影像只能從垂直角度拍攝的局限，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時(shí)從垂直、前視、左視、右視與后視共5個(gè)不同的角度采集影像。其中，垂直攝影影像，可經(jīng)過傳統(tǒng)航空攝影測量技術(shù)處理，制作4D（DEM、DOM、DLG與DRG）產(chǎn)品；前視、左視、右視與后視4個(gè)傾斜攝影影像，傾斜角度在15°～45°之間，可用于獲取地物側(cè)面豐富的紋理信息。

通過高效自動化的三維建模技術(shù)，快速構(gòu)建具有準(zhǔn)確地物地理位置信息的真三維空間場景，直觀地掌握目標(biāo)區(qū)域內(nèi)地形地貌與所有建筑物的細(xì)節(jié)特征，可為電力和水利工程建設(shè)、地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急指揮等提供現(xiàn)勢、詳盡、精確、逼真的空間基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)支持和公共服務(wù)。

1.2 實(shí)景三維建模技術(shù)流程

目前，采用傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行三維建模的后處理軟件以法國ASTRIUM公司的StreetFactory和Acute3D公司的Smart3DCapture軟件為典型代表[2]。利用地物的垂直與傾斜影像以及少量的地面控制點(diǎn)，構(gòu)建基于真實(shí)影像紋理的高分辨率真三維模型，主要技術(shù)流程如圖1所示。可將生產(chǎn)的三維模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入GIS平臺進(jìn)行應(yīng)用分析，如對輸電線路擁擠地段建筑物進(jìn)行坐標(biāo)、距離量測和面積統(tǒng)計(jì)，繪制擁擠地段平面圖；準(zhǔn)確量測交叉跨越鐵塔高度、優(yōu)化交叉跨越設(shè)計(jì)等。

1.3 技術(shù)優(yōu)勢

傾斜攝影技術(shù)具有以下優(yōu)勢。

（1）高分辨率。傾斜攝影平臺搭載于低空飛行器，可獲取厘米級高分辨率的垂直和傾斜影像。

（2）獲取豐富的地物紋理信息。傾斜攝影從多個(gè)不同的角度采集影像，能夠獲取地物側(cè)面更加真實(shí)豐富的紋理信息，彌補(bǔ)了正射影像只能獲取地物頂面紋理的不足。

（3）高效自動化的三維模型生產(chǎn)。通過垂直與傾斜影像的全自動聯(lián)合空三加密，無需人工干預(yù)，即可全自動化紋理映射，并構(gòu)建三維模型。

（4）逼真的三維空間場景。通過影像構(gòu)建的真實(shí)三維場景，不僅擁有準(zhǔn)確地物地理位置坐標(biāo)信息，并且可精細(xì)的表達(dá)地物的細(xì)節(jié)特征，包括突出的屋頂和外墻，以及地形地貌等精細(xì)特征。

2 傾斜攝影技術(shù)在輸電線路走廊資源快速調(diào)查中的應(yīng)用

利用傾斜攝影技術(shù)快速構(gòu)建目標(biāo)區(qū)域三維空間場景，對輸電線路走廊通道資源快速進(jìn)行調(diào)查，合理避讓城鎮(zhèn)規(guī)劃、大型工礦企業(yè)、自然保護(hù)區(qū)、林木密集覆蓋區(qū)，以及高山大嶺、重冰區(qū)等險(xiǎn)惡地形與惡劣地質(zhì)區(qū)，使線路設(shè)計(jì)安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理，減少線路工程建設(shè)對地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響。

2.1 準(zhǔn)確量測走廊通道內(nèi)建筑物拆遷面積

傾斜攝影測量所生產(chǎn)的實(shí)景三維模型，具有時(shí)效好、精度高、信息豐富的特點(diǎn)，可準(zhǔn)確量測地物的坐標(biāo)、寬度、高度和面積等。在真三維模型上進(jìn)行精細(xì)化判讀與室內(nèi)量測，對輸電線路擁擠地段建筑物樓層數(shù)與實(shí)際面積進(jìn)行快速統(tǒng)計(jì)，從而有效估算線路工程建設(shè)所必需的房屋拆遷量，使工程賠償造價(jià)準(zhǔn)確合理，降低施工民事難度。

2.2 準(zhǔn)確確定林區(qū)植被屬性與覆蓋范圍

對于輸電線路走廊通道內(nèi)林木密集覆蓋區(qū)，在真三維模型上可直觀地判斷出林木種類與分布范圍，并準(zhǔn)確量測出地表林木高度；通過線路路徑優(yōu)化設(shè)計(jì)，有效避讓林木密集區(qū)，減少線路在林木區(qū)，尤其是生長較快的桉樹林區(qū)中的長度，降低設(shè)計(jì)鐵塔高度和林木砍伐量，有效控制青苗賠償費(fèi)用，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

2.3 快速調(diào)查險(xiǎn)惡地形與惡劣地質(zhì)區(qū)

通過逼真的三維環(huán)境，設(shè)計(jì)人員可快速直觀地掌握輸電線路走廊通道內(nèi)的地形地貌細(xì)節(jié)特征，在經(jīng)濟(jì)合理的前提下，路徑選擇盡量避讓崩塌、滑坡、高山大嶺、重冰區(qū)、水網(wǎng)，以及礦產(chǎn)采空區(qū)等險(xiǎn)惡地形與惡劣地質(zhì)區(qū)，確保每基塔位不會出現(xiàn)因地形、地質(zhì)因素導(dǎo)致不能立塔的問題，有利于線路后續(xù)協(xié)調(diào)與施工，使新建線路更加安全可靠。

2.4 快速量測交叉跨越高度

對于鐵路、高速公路、已建輸電線路等沿線重要交叉跨越，在真三維模型上可準(zhǔn)確量測被跨越物的坐標(biāo)、距離與高度信息，合理優(yōu)化線路路徑跨越位置，有利于跨越塔架立和放線施工，有效控制工程投資造價(jià)。同時(shí)，綜合協(xié)調(diào)需建線路與沿線交叉跨越設(shè)施的矛盾，減少交叉跨越已建輸電線路，特別是高電壓等級的輸電線路，降低施工過程中的停電損失，實(shí)現(xiàn)電力建設(shè)與經(jīng)濟(jì)建設(shè)的和諧發(fā)展。

3 結(jié)語

綜上所述，將傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用于輸電線路走廊資源快速調(diào)查中，具有創(chuàng)新性和先進(jìn)性。通過時(shí)效好、精度高的實(shí)景三維模型對輸電線路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，尤其在建筑物擁擠地區(qū)、林木密集覆蓋區(qū)、惡劣地質(zhì)區(qū)和交叉跨越設(shè)施復(fù)雜地區(qū)，可有效提升輸電線路的設(shè)計(jì)質(zhì)量與深度，降低線路曲折度，使線路路徑設(shè)計(jì)參數(shù)達(dá)到最佳，優(yōu)化工程建設(shè)投資造價(jià)。

目前，傾斜攝影測量所生產(chǎn)的三維模型還存在部分缺陷，主要體現(xiàn)在：在樓間距狹小的建筑物密集區(qū)，因建筑物的遮擋而造成底部變形較大；路燈、電力線等截面過小地物，特征點(diǎn)匹配較少而造成模型缺失；水面、玻璃等光滑表面缺少紋理特征，無法匹配特征點(diǎn)而產(chǎn)生模型漏洞等，今后可研究將地面三維激光掃描數(shù)據(jù)與傾斜攝影數(shù)據(jù)相融合，修補(bǔ)與完善三維模型。隨著傾斜攝影技術(shù)的快速發(fā)展和日漸成熟，將在輸電線路走廊資源快速調(diào)查中發(fā)揮越來越大的作用，對輸電線路的設(shè)計(jì)、施工與運(yùn)行帶來革命性的變化。

參考文獻(xiàn)

[1] 王琳，吳正鵬，姜興鈺，等.無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在三維城市建模中的應(yīng)用[J].測繪與空間地理信息，2015，38（12）：30-32.

[2] 孫宏偉.基于傾斜攝影測量技術(shù)的三維數(shù)字城市建模 [J].現(xiàn)代測繪，2014，37（1）：18-21.endprint