低空攝影測(cè)量與三維建模探討

扎依旦吐?tīng)栠d

[摘要]測(cè)繪學(xué)作為實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，其理論、方法及技術(shù)等不斷進(jìn)步。隨著信息技術(shù)、地理信息技術(shù)以及空間技術(shù)的發(fā)展，測(cè)繪學(xué)的理論基礎(chǔ)、技術(shù)體系等發(fā)生了重大變化，逐漸進(jìn)入了數(shù)字化、智能化以及可視化時(shí)代。由于物體的三維信息可以更加全面、系統(tǒng)的反應(yīng)出客觀物體的情況，因此很多技術(shù)都被應(yīng)用在了三維信息測(cè)量中，利于人們獲取更加豐富的空間信息。

[關(guān)鍵詞]低空 攝影測(cè)量 三維建模

[中圖分類(lèi)號(hào)] P2 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2015）-8-290-1

攝影測(cè)量即對(duì)研究對(duì)象攝影后，根據(jù)幾何知識(shí)、物理知識(shí)等對(duì)所得構(gòu)像信息進(jìn)行詳細(xì)分析，從而為研究對(duì)象的本質(zhì)提供有效的參考資料，因此是以影像信息重建三維空間中物體幾何表面的科學(xué)，其主要任務(wù)是測(cè)制不同比例尺的地形圖并建立地形數(shù)據(jù)庫(kù)，從而為地理信息系統(tǒng)提供基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。攝影測(cè)量學(xué)作為測(cè)繪學(xué)科的重要組成內(nèi)容，融入了多種新型科技，從而為攝影測(cè)量的發(fā)展提供了基礎(chǔ)。測(cè)繪技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展，在一定程度上促進(jìn)了航空攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展。人們可以從航空像片中得到有關(guān)研究對(duì)象的地形、地物等三維坐標(biāo)信息，獲得三維建模數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)三維場(chǎng)景的重建。

1低空攝影測(cè)量

1.1低空攝影測(cè)量概念

低空攝影測(cè)量的概念是在航高1000米以下進(jìn)行的攝影測(cè)量行為。目前，得到廣泛應(yīng)用的便是航空遙感攝影測(cè)量技術(shù)，已經(jīng)成為了測(cè)繪比例尺地形圖的首選方法。由于目前采用的航空遙感攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行小面積攝影測(cè)量時(shí)成本較高，且性能較差，因而沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。采用低空攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)小面積、地區(qū)性大比例尺地形圖測(cè)繪而言，具有較高的應(yīng)用價(jià)值，能夠清楚的獲得地面影像信息資料，且可操作性強(qiáng)、成本低、精度可靠。

1.2低空攝影測(cè)量技術(shù)適用范圍

傳統(tǒng)的航空攝影測(cè)量技術(shù)主要應(yīng)用在小范圍區(qū)域內(nèi)，成本較高，且很難滿(mǎn)足某些特定條件下的要求，比如城市三維建模，地物遮擋問(wèn)題嚴(yán)重，難以清楚的顯示出建筑物細(xì)節(jié)輪廓，導(dǎo)致影像建模質(zhì)量過(guò)低。在此情況下，低空攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。由于低空遙感平臺(tái)攝影測(cè)量技術(shù)能夠迅速得到測(cè)量數(shù)據(jù)，因此在土建工程施工、補(bǔ)測(cè)地形圖、小范圍內(nèi)考古等工程中具有實(shí)用性，還可以為廠礦企業(yè)、旅游景點(diǎn)以及名勝古跡等地方獲得鳥(niǎo)瞰像片、編制影像平面圖，從而為相關(guān)單位提供大比例尺數(shù)據(jù)服務(wù)，并為礦區(qū)資源、旅游資源的地方的管理提供有效的參考依據(jù)。低空攝影測(cè)量的飛行高度在1000m以下，且適合在天氣晴朗的時(shí)候作業(yè)，進(jìn)而提高航片的質(zhì)量，利于相關(guān)問(wèn)題的分析。

2基于低空攝影測(cè)量的三維建模重建

物體三維圖像比傳統(tǒng)二維圖像反應(yīng)的信息更多，內(nèi)容更加全面。將有關(guān)技術(shù)應(yīng)用在物體三維信息測(cè)量中，并根據(jù)三維數(shù)字化技術(shù)獲得并分析三維物體空間坐標(biāo)信息的數(shù)據(jù)，將所得結(jié)果應(yīng)用在虛擬現(xiàn)實(shí)、快速原型等多個(gè)領(lǐng)域中，可以得到較高的使用價(jià)值。目前，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快，如何獲得更加準(zhǔn)確的城市空間信息，是非常重要的問(wèn)題。傳統(tǒng)攝影測(cè)量方法受自身特點(diǎn)的限制，獲取地形圖信息時(shí)容易受到建筑物的遮擋，所得信息不夠全面，且無(wú)法滿(mǎn)足迅速獲取地基立面三維信息的要求，因此不適合采集城市三維信息。

城市三維建模是關(guān)于城市地形狀況的三維計(jì)算機(jī)模型，能夠使用戶(hù)對(duì)城市景觀、規(guī)劃設(shè)計(jì)等有直觀認(rèn)識(shí)，應(yīng)用前景廣闊。

2.1城市三維建模數(shù)據(jù)采集方法

因?yàn)槌鞘袛?shù)據(jù)源比較多，且不同的數(shù)據(jù)源，其數(shù)據(jù)獲取格式、內(nèi)容以及精度等不同，因此城市三維模型的建立方法也不同。一般情況下，城市三維建模的數(shù)據(jù)采集方法主要有以下幾種：一是搜集有關(guān)地形圖、區(qū)域規(guī)劃設(shè)計(jì)圖的資料，能夠提供較多的建筑物信息；二是運(yùn)用攝影測(cè)量方法，航空攝影測(cè)量技術(shù)可以獲取建筑物的位置信息，但因遮擋現(xiàn)象嚴(yán)重，因而只能夠獲得建筑物頂部信息，無(wú)法獲得立面信息，不適合應(yīng)用在建筑物聚集的區(qū)域，因此，采用新興的低空攝影測(cè)量技術(shù)，能夠彌補(bǔ)該技術(shù)的不足之處，適用于城市三維建模；三是運(yùn)用激光掃描技術(shù)，此技術(shù)可以清楚的獲得物體位置、細(xì)小位置結(jié)構(gòu)信息等，結(jié)合攝影測(cè)量技術(shù)還能夠得到建筑物紋理信息，適合三維立體模型的建立；四是衛(wèi)星遙感技術(shù)，此技術(shù)具有高分辨率、低費(fèi)用以及高精度的特點(diǎn)，確保地面資源的清晰可見(jiàn)，從而為城市三維模型的建立提供了數(shù)據(jù)信息；五是合成孔徑雷達(dá)技術(shù)，可以準(zhǔn)確反映地貌信息，并提供高分辨率圖像，不受天氣環(huán)境的影響而進(jìn)行全天候作業(yè)。

2.2基于低空攝影測(cè)量的城市三維建模

在傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量的基礎(chǔ)上，采用低空攝影測(cè)量技術(shù)能夠更加技術(shù)、快速的得到城市相關(guān)地面信息以及此區(qū)域的DOM、DEM，結(jié)合地基立面測(cè)量坐標(biāo)數(shù)據(jù)、紋理信息等可以建立精確度較高的三維模型。具體建模流程圖如圖1所示。

此方法通過(guò)運(yùn)用低空攝影測(cè)量技術(shù)獲得城市影像信息，掃描后成為數(shù)字圖像，并根據(jù)空中三角測(cè)量系統(tǒng)獲得加密成果，之后將其導(dǎo)入攝影測(cè)量工作站，進(jìn)行定向處理，并對(duì)定向結(jié)果進(jìn)行仔細(xì)檢查，確保其完整無(wú)誤。之后可以繼續(xù)生產(chǎn)DOM、DEM，并從立體模型中獲取建筑物信息，作為建模備用資料。然后根據(jù)地基立面三維測(cè)量系統(tǒng)獲取建筑物坐標(biāo)信息，補(bǔ)充低空攝影測(cè)量的的欠缺之處。將所得的城市物體信息導(dǎo)入CAD當(dāng)中，為立體模型的生成做好準(zhǔn)備工作。將做好的DOM、DEM、A建筑物信息的平面結(jié)構(gòu)圖導(dǎo)入三維模型生成系統(tǒng)當(dāng)中，并貼上相應(yīng)的紋理，便可以獲得最終的城市三維模型。

3結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代社會(huì)的不斷發(fā)展，使三維、智能化的數(shù)字時(shí)代逐漸替代了以往的二維平面地形圖。采用三維方式構(gòu)建區(qū)域，特別是城市區(qū)域的規(guī)劃情況，是適應(yīng)社會(huì)發(fā)展、人們需要的必然趨勢(shì)。低空攝影測(cè)量技術(shù)以及三維測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，會(huì)使城市三維建模工作更加順利的開(kāi)展，更好的反映地面情況。

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