基于航測與遙感技術的三維建模應用分析

劉 德

（河北省地質(zhì)調(diào)查院，河北石家莊 050000）

我國信息技術發(fā)展突飛猛進，為順應時代的發(fā)展，“數(shù)字地球”“數(shù)字城市”等數(shù)字化概念逐步被提出，而空間信息技術的發(fā)展也為此奠定堅實基礎。過去幾年里，我國致力于實現(xiàn)無紙化辦公與信息化社會，為促使中國進入科技化時代不斷奮斗，研發(fā)人員以二維數(shù)據(jù)為基礎不斷開發(fā)新型數(shù)據(jù)空間。現(xiàn)階段，二維數(shù)據(jù)已經(jīng)不能滿足各行各業(yè)的專業(yè)需求，也正是因此衍生了一種更為直觀便利的核心數(shù)據(jù)——4D 技術。三維建模技術的應用需要以這種技術為主體，在不斷研發(fā)優(yōu)質(zhì)技術的同時將4D 技術應用到三維建模過程中，借助4D 技術的便利條件為我國航測與遙感技術提供更有力的保障。

1.航測、遙感技術與三維建模技術分析

1.1 航測與遙感技術

航測又稱為攝影測量與遙感，是目前測繪技術中的一種遙感科學，這種技術是目前的一種新興邊緣學科，主要用過非接觸傳感器直接獲取需要的信息與數(shù)據(jù)，解決傳統(tǒng)目標的幾何定位，提取目標對象的具體物理特征。目前，航測與遙感技術已經(jīng)得到各行各業(yè)的高度重視，航測與遙感技術主要是依靠先進設備，利用紅外線、電磁波等物理技術對目標物體進行精準檢測，相較傳統(tǒng)工藝來說，其精準程度與工作效率都有明顯提升。但由于其依然受到傳統(tǒng)技術的制約，導致相關工作人員的工作開展情況沒有大幅度進步。如今，我國航測與遙感技術不再需要大量的人力資源，通過人工智能以及大數(shù)據(jù)，計算機等先進技術能直接獲取目標物體的精準數(shù)據(jù)信息[1]。由此可見，若能將其大范圍應用，對于推動國家經(jīng)濟發(fā)展，保障人們生活質(zhì)量都有決定性作用。

1.2 三維建模技術

隨著空間信息技術的高效進步，二維數(shù)據(jù)已經(jīng)不夠先進，對各行業(yè)的需求無法達到相應標準，因此，4D 技術與4D 產(chǎn)品的三維建模技術應用已經(jīng)成為科技發(fā)展的必然趨勢。因此，為促進三維建模技術在航測與遙感技術下得到充分應用，保證4D 產(chǎn)品能深入各行各業(yè)的生產(chǎn)技術中，相關研發(fā)人員已經(jīng)逐步開始將地理信息技術與三維建模技術進行充分結(jié)合，以期能夠更加精準地對數(shù)據(jù)進行分析、計算和處理。在實際進行三維建模技術的應用過程中，必須首先對二維模型進行升級與改良，用以提高工作質(zhì)量與效率。二維模型得到優(yōu)化后能夠更好地滿足工作所需的條件，發(fā)揮其新時期社會發(fā)展中的最大作用。數(shù)據(jù)模型的建立能夠為后期工作提供保障，及時發(fā)現(xiàn)操作過程中存在的問題，由此可見，數(shù)據(jù)建模工作是十分重要的，應該得到足夠重視，并嚴令員工按照操作規(guī)則進行操作，保證模型的質(zhì)量。

2.4D 技術與航測遙感技術特點

2.1 4D 技術

4D 指的是數(shù)字高程模型，正射影像圖，柵格地圖與線劃地圖四種數(shù)字化測繪產(chǎn)品，而生產(chǎn)這一系列產(chǎn)品的技術則是4D 技術。4D 技術在平面設計與制圖的工作中能夠發(fā)揮重大作用，但因其被各方面因素的制約，導致4D 技術中的許多專業(yè)條件沒有得到充分發(fā)揮，這也導致4D 技術中的許多要素得不到作用，比如水利工程中DEM 與DOM數(shù)據(jù)都有特定格式，需要特定軟件進行操作，但卻很少有工程會真的將其具體落實，這也在很大程度上降低了4D技術的效率與作用。4D 技術就是通過多種數(shù)字檢測產(chǎn)品的結(jié)合而形成的一種促進人工智能時代發(fā)展的先進技術[2]。目前，4D 技術正在水利工程設計與施工方面得到廣泛使用，雖然有越來越多的行業(yè)開始重視4D 技術，但其DRG和DLG 技術并沒有得到真正的使用，這也導致4D 技術沒能得到充分發(fā)展。以我國土木工程市場情況為例，軟件廠商的側(cè)重點依舊在于圖紙設計計算機模型構(gòu)建，對數(shù)理模型在CAD 中的具體應用沒有足夠的認知，導致4D 技術的價值未能充分發(fā)揮。結(jié)合現(xiàn)階段的市場形勢來看，想要使4D 技術得到充分的重視，必須使相關人員提升對此項技術的思想認知，認識到這項技術的重要性，并在實際工作過程中將其徹底融入，并在這一基礎上，繼續(xù)探索行業(yè)需要的適宜技術。

2.2 航測遙感技術特點

航測遙感技術相較傳統(tǒng)勘測方式來說，特點更加鮮明，首先航測遙感技術能夠避免實地考察，只需利用飛機或衛(wèi)星等技術設備對指定區(qū)域進行掃描，就可以得到需要的數(shù)據(jù)。遙感設備的出現(xiàn)極大地提升了勘測結(jié)果的準確程度，隨著科技的不斷進步，高清拍攝設備越來越多，這不但促進了航測遙感技術的發(fā)展，還使航測遙感技術逐漸向自動化方向靠攏，航測遙感技術自動化發(fā)展能夠大大降低人力需求。目前，我國航測遙感技術的發(fā)展水平基本呈現(xiàn)自動化狀態(tài)，對于區(qū)域勘測只需要少量人為操作，絕大部分工作是由自動化設備進行的，操作人員只需要根據(jù)勘測需求輸入相應參數(shù)。不僅如此，在得到需要的數(shù)據(jù)后，還可以利用軟件對數(shù)據(jù)展開分析，使數(shù)據(jù)通過另一種形式呈現(xiàn)，航測遙感技術的應用，在一定程度上提升了勘測領域的發(fā)展，使我國勘測技術水平顯著提升。

3.航測與遙感技術的三維建模應用分析

3.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集是4D 技術中十分基礎的一項工作，其在不同行業(yè)也具備不同的功能，應用方法也各不相同。與遙感技術相比，航測的數(shù)據(jù)采集工作更多的是依靠人工技術的力量，4D 技術的具體應用則可以改善這一弊端[3]。在4D產(chǎn)品中，常用的數(shù)據(jù)采集的方式主要包括航天遙感，傾斜航空攝影、低空無人機攝影、大飛機航空攝影、LTDAR激光掃描等，這幾種數(shù)據(jù)采集方式是目前為止應用頻率最高效果最好的。將4D 技術充分應用在三維建模工作中不僅能夠以更加便利的手段獲得更為精準的數(shù)據(jù)，還可以將原有的技術進行改良更新，并在工作過程中對原有的技術展開詳細分析，得到具體分析比較圖，在圖上可以清晰地看出數(shù)據(jù)的變化。

大飛機航空攝影：大飛機攝影是一種航空攝影，指的是將攝影機安裝在飛機上進行拍攝，這種拍攝方式能夠大面積拍攝到區(qū)域內(nèi)容，攝影前需要設定飛行路線，相鄰影像間需要保持一定的重疊度。完成任務后則可以進入另一條航線攝影，但也要注意保持一定重疊度。

低空無人機攝影：低空無人機攝影主要是用無人機為攝影遙感平臺，利用遙控傳感器獲取地理信息。目前，無人機攝影在許多行業(yè)多有廣泛應用，較為常見的有固定翼無人機、旋翼無人機、無人飛艇等，無人機遙感技術是航測遙感中的一種重要手段，適用于高危地區(qū)探測，其具備勘測成本低，技術靈活，續(xù)航時間長等優(yōu)勢。

航天遙感：遙感是一種不用接觸實際物體在一定距離內(nèi)使用光學或電子光學儀器接收電磁波信號來控制的儀器，其可以用圖像、數(shù)據(jù)等形式將信息記錄下來，并傳送回傳感器端，為動態(tài)監(jiān)測、資源勘查等行業(yè)提供便利條件。航天遙感也是衛(wèi)星遙感，主要以衛(wèi)星作為遙感平臺，以傳感器控制衛(wèi)星對時空進行掃描，保障地面安全。遙感技術的不斷進步也為航天遙感提供了更優(yōu)質(zhì)的服務，使我國航天事業(yè)發(fā)展取得顯著成績。

3.2 數(shù)據(jù)處理

生態(tài)環(huán)境的大規(guī)模改變促使人們不得不開始重視生態(tài)文明建設，并積極尋找節(jié)能環(huán)保的手段[4]。比如在礦山開發(fā)作業(yè)時，利用航測與遙感技術能夠有效增強信息技術支持，加強管理工作，并依據(jù)精準數(shù)據(jù)制定更為合理的開礦方案。除此以外，還能夠很好地保護礦山周邊的生態(tài)環(huán)境不受作業(yè)影響。采礦工作是一項容易產(chǎn)生嚴重污染的危險作業(yè)，若得不到專業(yè)合理的技術指導，則會導致污染防治工作效率低下。應用無人機航測監(jiān)控過往人員與車輛，則可以高效避免人為的生態(tài)破壞。在進行數(shù)據(jù)處理的過程中，地形分析方面較為突出，利用航測與遙感技術獲得數(shù)據(jù)繪制的地理圖，并將數(shù)據(jù)與信息充分融合，實現(xiàn)地形調(diào)查工作。攝影測量和遙感技術的4D 產(chǎn)品主要包含數(shù)字線劃地圖、數(shù)字柵格地圖、數(shù)字高程模型以及數(shù)字正射影像圖，這些產(chǎn)品適用于各個行業(yè)，起到的作用也各不相同。

數(shù)字柵格地圖：數(shù)字柵格地圖是以柵格數(shù)據(jù)格式儲存與表示的圖形數(shù)據(jù)，這一產(chǎn)品可以用作背景圖，給其他數(shù)據(jù)提供參照與修測依據(jù)，可以用在數(shù)據(jù)采集評價與更新方面。數(shù)字正射影像圖：數(shù)字正射影像圖是通過數(shù)字高程模型，對經(jīng)過掃描處理后的航空像片進行輻射糾正，按圖幅范圍裁切成影像數(shù)據(jù)，帶有公里網(wǎng)格以及地圖幾何精度和影像特征。數(shù)字高程模型：數(shù)字高程模型是在高斯投影平面上規(guī)則或不規(guī)則的網(wǎng)格點的平面坐標與高程數(shù)據(jù)集，其可以派生出等高線、坡度圖等，也能與其他專題信息數(shù)據(jù)疊加，生產(chǎn)數(shù)字正射影像圖的基礎數(shù)據(jù)。數(shù)字線劃圖：數(shù)字線劃圖是地形圖上一種基礎要素信息的矢量格式數(shù)據(jù)集，其中保存著要素空間關系以及相關的屬性信息。數(shù)字線劃圖能全面地描述地表目標，為縮短數(shù)據(jù)采集和產(chǎn)品提供的周期，數(shù)字線劃圖能夠滿足各項要求，隨即進行數(shù)據(jù)選取和顯示，與其他信息疊加，從而進行空間分析與決策。

3.3 數(shù)據(jù)應用

數(shù)據(jù)應用最初應用于我國軍隊與鐵路行業(yè)，現(xiàn)如今已經(jīng)逐漸普及到各行各業(yè)，利用數(shù)據(jù)處理功能獲得特殊目標主要體現(xiàn)在軍事領域，傳統(tǒng)的航空攝影技術并不能滿足信息數(shù)據(jù)的獲取需求，因此必須利用航空遙感技術獲取相關數(shù)據(jù)，使圖像與數(shù)據(jù)的精準度得到提升。另外，航測與遙感技術還能夠大幅度降低人力與成本，保護礦物資源，提高工作效率。數(shù)字高程模型建立后也需要通過雙曲拋物線插值的計算得到對應的具體數(shù)字高程，三維建模技術能夠使這一過程中的相關數(shù)據(jù)被自動獲取，既能夠避免人為操作可能會出現(xiàn)的誤差，也能夠很好地提升工作效率。因此，在這項工作的進行過程中，相關人員必須確保建立的模型能滿足實際工作需求，并致力于提高數(shù)字模型計算的效率與質(zhì)量，使模型建立更加完整。

3.4 三維建模技術應用分析

21 世紀科技進步的同時，空間信息技術也得到了快速發(fā)展，二維數(shù)據(jù)已經(jīng)無法滿足新時代的需求，因此跟隨時代發(fā)展的腳步4D 技術產(chǎn)品以及三維建模逐漸形成新的發(fā)展趨勢，并在各行各業(yè)中得到了高度使用。三維建模技術能夠更加精準地分析和計算數(shù)據(jù)，在一定程度上使4D產(chǎn)品的效果在各個行業(yè)得到高效發(fā)揮[5]。

數(shù)據(jù)模型建立：數(shù)據(jù)模型建立是三維建模技術中的重要組成部分，數(shù)據(jù)模型起源于數(shù)字高程模型，其主要使用了我國標準地圖空間數(shù)據(jù)交換格式NSDTF -DEM，這種方式的數(shù)字高程模型是以矩形塊形式存在的。部分數(shù)據(jù)計算并不需要很大的矩形塊，為了節(jié)省計算空間可以利用小矩形模塊對其進行模擬，建立項目文件對模型群進行管理，并利用文件索引將數(shù)字模型儲存機制優(yōu)化，使其能夠更準確迅速地找到文件的對應構(gòu)成模型，為后續(xù)運算打好基礎。

建立真實感地形：建立真實感地形手段主要有BPS算法以及LOD 算法，在疊加高分辨率影像后算法顯得尤為重要?；?D 的三維建模在工程中的實際使用效果來看，建立真實感地形可以為工程的實施提供便利條件，應選擇適宜方式進行數(shù)據(jù)采集與處理，具體形式應結(jié)合工程具體情況分析，可以通過路線邊界約束算法等技術建立大規(guī)模地形便于實時觀看。

4.結(jié)語

充分實現(xiàn)信息化科技建設能為人們生活與社會經(jīng)濟帶來不可小覷的便利條件，基于此，本文結(jié)合航測遙感技術以及三維建模技術的具體情況對4D 技術展開研究，分析了4D 技術應用現(xiàn)狀以及其在三維建模中的具體應用情況與作用，以期能夠為我國科技發(fā)展提供參考。由于如今的大部分行業(yè)已經(jīng)無法脫離航測與遙感技術的支持，因此需要得到不斷的完善與提升。研發(fā)人員應該在今后的工作過程中，充分吸收現(xiàn)代化技術與知識，發(fā)揮巨大的效能，在完善相關技術的同時發(fā)掘新的潛力，進而發(fā)展更多的產(chǎn)業(yè)，使我國經(jīng)濟建設得到更高效的發(fā)展。