“拍照 + 點云 + 傾斜攝影”結(jié)合 在輸變電三維建模過程中的應(yīng)用

梁金正

僅使用無人機拍攝自動化生成的實景三維模型存在著遠觀逼真，但近看失真的問題。通常解決方法是人工添加模型貼到三維模型上。生產(chǎn)成本高且效率低下。為了解決這種矛盾，本文探討了“拍照 + 點云 + 傾斜攝影”空地融合生成實景三維模型。即利用無人機傾斜攝影和地面定點拍照的方式獲取照片資料，激光點云進行實時建模，利用該空地兩類照片資料以及點云生成部分通過人工添加同名點的方式進行自動融合，最終生成高模型與位置的實景三維模型。

無人機傾斜攝影

隨著無人機航攝技術(shù)與高精度差分系統(tǒng)的應(yīng)用，實景三維自動化建模軟件的普及，無人機傾斜攝影實現(xiàn)自動化實景三維建模的技術(shù)已成為較為成熟的技術(shù)，這種模式生成的三維模型成果應(yīng)用也越來越廣泛。

傾斜攝影測量是通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從垂直、前方、后方、左側(cè)、右側(cè) 5 個不同的角度采集影像。無人機傾斜攝影自動化實景，三維建模生產(chǎn)的三維模型成果，較為普遍的應(yīng)用就是傾斜實景三維模型進入各種信息系統(tǒng)，成為各種信息三維表達的位置參考和屬性掛接載體。由于信息采集不到位，大部分單獨使用無人機傾斜攝影自動化生成的實景三維模型在近地表視角會發(fā)生模型體凹凸甚至失真。為了解決這種矛盾，建模單位多采用將實景三維建筑模型體單體化的方式使模型逼真，但是由于坐標(biāo)數(shù)據(jù)和模型紋理數(shù)據(jù)的采集與處理均需要大量的外業(yè)和內(nèi)業(yè)工作，這不僅使工作量大，而且周期較長，建模效率大大降低。

“地面拍照 + 激光雷達 + 傾斜攝影”空地融合自動化實現(xiàn)實景三維建模的解決方案，可以將空中與地面視角拍攝的照片優(yōu)勢互補，滿足遠觀近看的瀏覽需求。利用無人機傾斜攝影照片和地面定點拍照的照片進行空地融合，然后通過高密度、高精度的激光點云數(shù)據(jù)反映點位的三維坐標(biāo)，經(jīng)過自動或人工交互處理，把非地形目標(biāo)上的點云進行分類、濾波或去除，構(gòu)建不規(guī)則二角網(wǎng)，快速提取 DEM，最后生成高精度實景三維模型。該技術(shù)具有獲取數(shù)據(jù)真實、精度高、速度快的特點和優(yōu)勢，可以真實映射我們所處的世界三維環(huán)境。

空地融合實景三維建模解決方案

本方案流程是： 早晨（光照不符合航飛作業(yè)，此時可以進行像控點布測）不進行作業(yè); 在10點至3點光照合適時進行低空高分辨率無人機傾斜航拍; 在進行航飛時，飛行過程留一人進行監(jiān)控，剩下的人員進行目標(biāo)建筑物地面定點拍照。

內(nèi)業(yè)運用該傾斜航片配以實測地面像控點進行高精度區(qū)域網(wǎng)傾斜空中三角測量，形成帶真實坐標(biāo)的高精度傾斜空三成果; 同時利用地面定點拍攝的照片進行無控制空中三角測量，形成不帶真實坐標(biāo)的空三成果; 接著運用添加連接點的方式，將兩臺電腦中無坐標(biāo)的地面空三成果配準(zhǔn)到高精度傾斜空三成果中。最后自動進行空地融合區(qū)域網(wǎng)空三平差解算，隨后結(jié)合定點激光點云生成的高精度坐標(biāo)進行校準(zhǔn)，最后獲得實景三維模型。

■無人機傾斜航拍

無人機傾斜攝影一般采用DJI多旋翼無人機系統(tǒng)執(zhí)行，飛前利用已有的參考資料（ 地形圖、影像圖、DEM 等） 進行航線的規(guī)劃和像控點設(shè)計，保證航飛的有效與安全。

無人機搭載5鏡頭相機一次曝光可獲取地面5個方向的高清晰度照片。無人機上搭載RTK系統(tǒng)，能實時記錄曝光點位置信息，配合GNSS 連續(xù)運行參考站系統(tǒng)模擬虛擬基站數(shù)據(jù)，通過后差分解算獲取照片曝光時刻的準(zhǔn)確空間位置，減少地面控制點的同時，大大提高后續(xù)區(qū)域網(wǎng)空三攝影精度，保證基礎(chǔ)資料可靠性。

要求： 片成果數(shù)據(jù)、PPK 數(shù)據(jù)、POS數(shù)據(jù)數(shù)量一致;航片色調(diào)基本一致、細(xì)部紋理清晰、對比度及曝光量適當(dāng)，無條帶、色斑等缺陷。

■地面定點拍照

拍照法則： 多角度、高重疊、高分辨率。拍照方法： 圍繞目標(biāo)建筑物四周，等間距逆時針或順時針拍照; 相鄰兩個拍照點正對目標(biāo)物拍照的照片保證有60%重疊;每個拍照點拍 3 張照片，3 張照片內(nèi)每張照片夾角小于 15°。

■激光點云提取數(shù)字高程數(shù)據(jù)DEM

激光點云技術(shù)最主要的數(shù)據(jù)產(chǎn)品是高密度、高精度的點云數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)直接反映點位的三維坐標(biāo)。

通過自動或人工交互處理，把人射到植被、房屋、建筑物等非地形目標(biāo)上的點云進行分類、濾波或去除，然后構(gòu)建不規(guī)則二角網(wǎng)TIN，就可以快速提取 DEM。

機載激光雷達優(yōu)化技術(shù)提取的地面三維坐標(biāo)，滿足高精度影像微分糾正的需要，使得數(shù)字正攝影像圖（DOM）的生產(chǎn)變得相當(dāng)容易，無需使用數(shù)字?jǐn)z影測量昂貴的專業(yè)數(shù)據(jù)處理平臺，在一般的遙感圖像處理系統(tǒng)中即能實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。

激光雷達具有穿透植被的能力，可以測量植被覆蓋下的地形。適合做高精度地形測量與工程勘測，以及對精度要求很高的工程測量應(yīng)用。

■區(qū)域網(wǎng)傾斜攝影與地面照片

本方案采用多視角相機鏡頭獲取多角度影像，通過全自動化后期處理軟件 Bentley Contextcapture 快速獲取城市實景三維模型。

首先無人機航拍照片數(shù)據(jù)整理后，在區(qū)域網(wǎng)空三攝影軟件中創(chuàng)建一個測區(qū)block 1，導(dǎo)入航片數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，然后進行像控點刺點，后進行區(qū)域網(wǎng)多鏡頭聯(lián)合平差傾斜空三攝影，得到帶真實坐標(biāo)的傾斜成果。

采用普通數(shù)碼相機或智能手機拍攝獲取地面照片，然后使用 Bentley Contextcapture 進行基于多視照片的三維重建。

首先將地面定點拍照的照片清除廢片后，然后在區(qū)域網(wǎng)攝影軟件中創(chuàng)建一個測區(qū) block 2，導(dǎo)入照片進行地面照片空三攝影解算，得到無坐標(biāo)的地面照片攝影成果。

■添加連接點

在 block 1 中，在兩類空地照片同一目標(biāo)建筑上同名位置選取每個墻面至少3個點作為同名連接點，選點時選取在地面照片上容易找到并合理分布的點，然后進行刺點，并截圖保留點位圖; 最后導(dǎo)出這些連接點作為 block 2 的控制點。

在block 2中，把 block 1中的連接點作為控制點導(dǎo)入攝影平臺，根據(jù)保留的點位圖進行刺點，然后選擇剛性配準(zhǔn)運行空三解算。此時 block 1與block 2 就通過刺入的連接點做了匹配，使得 block 2 具有跟block 1 相同的坐標(biāo)位置信息。

■空地融合創(chuàng)建實景三維模型

將經(jīng)過兩個block 1測區(qū)與block 2測區(qū)的成果進行合并，然后創(chuàng)建新的生產(chǎn)項目，提交生產(chǎn)生成空地融合后的實景三維模型。此時生成的實景三維模型具有傾斜三維模型的上空效果，也具有接近地面視角的效果，尤其在高樓建筑物的通道方面，鏤空的部分無須進行人工處理。

在三維輸電線路計平臺里線路走廊三維實景呈現(xiàn)可交互、可量測的方式進行展示，為變電站選址、輸電線路優(yōu)化選線、斷面圖快速生成、桿塔排桿、桿塔線路三維立體、三維輸電線路設(shè)計成果輸出、輸電線路全過程機械化施工方案編制、施工管理、輔助運維檢修等工作提供有效的數(shù)據(jù)支撐和技術(shù)手段。

準(zhǔn)確、精細(xì)的三維實景模型是三維設(shè)計平臺工作的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，傾斜攝影測量和激光雷達測量在三維建模有很大的技術(shù)優(yōu)勢。

目前，國內(nèi)外針對三者的結(jié)合應(yīng)用研究較少。通過探討傾斜攝影，拍照和點云測量技術(shù)融合的方法，來實現(xiàn)對實景三維模型進行精細(xì)化建模的要求。