倾斜摄影三维建模技术在水利工程中的应用

周新红

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

倾斜摄影三维建模技术在水利工程中的应用

周新红

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

倾斜摄影三维建模遥感测绘技术是水利工程建设、维护、调度的重要工具。以柏叶口水库三维建模为例，介绍了倾斜摄影三维建模的数据采集和处理方法，获得了DSM数据和三维模型等成果，并对结果进行了分析探讨。说明了倾斜摄影三维建模技术在洪水淹没分析、河道治理和水利工程设计等领域有十分重要的意义。

水利工程；遥感测绘；倾斜摄影；三维模型

倾斜摄影三维建模技术是国际测绘遥感领域的一项高新技术，通过低空垂直、倾斜的不同角度摄影测量，获得高分辨率影像。倾斜摄影测量能够反应地面物体更为完整准确的信息，可以结合专业的数据处理流程生成倾斜三维模型，直观反映地物的外观、位置、高度等属性，为真实效果和测绘级精度提供保证。随着我国水利信息化的高速发展，精细化的水利工程三维模型作为水利设计、建设和管理的基础数据应用日益广泛。在水利工程的三维建模中，由于周边地形较为复杂，用传统测量手段和人工三维建模方式无论在效率还是在精度上都难以满足要求，倾斜摄影三维建模就成为解决问题的新途径。

1 倾斜摄影三维建模基本原理

倾斜摄影三维建模技术不仅在影像的拍摄方式上区别于传统的人工建模，其数据的后期处理及成果的类型也大不相同。倾斜摄影三维建模技术的主要目的是拍摄地物多个角度的影像，以便进行多角度浏览和利用专业软件生成三维模型，其特点如下：

一是针对同一地物，可获得多个视点和视角的影像，从而得到更为详尽的地物侧面信息；二是获取的影像具有较高的分辨率和较大的视角；三是地物相互遮挡现象较突出；四是高度自动化，大大减少了人工采集、数据编辑工作量。

倾斜摄影技术通常包括，空中三角测量、影像匹配、DSM生成、真正射纠正、纹理映射、三维建模等关键内容，其基本原理如图1所示。

2 柏叶口水库三维建模

2.1 工程概况

柏叶口水库是国家“十一五”水库建设规划项目，也是山西省建设的重点水源项目之一。水库位于吕梁市交城县会立乡柏叶口村上游的文峪河干流上，水库大坝为混凝土面板堆石坝，最大坝高88.3 m，坝顶宽10 m，坝顶长296.0 m，水库控制流域面积875 km2，水库总库容9 712万m3。水库主要以防洪、城市及工业供水、灌溉为主，兼顾发电、养殖等综合利用的中型水库。

图1 倾斜摄影三维建模基本原理

2.2 数据获取

根据实地勘察测区的地形特征，参照《1∶500、1∶1000、1∶2000地形图航空摄影规范》（GB/T 15661-2008）对测区航线进行设计。本次航测实施及建模区域约为0.16 km2，共设计12条航线，航向重叠率为85%，旁向重叠率为80%，飞行总里程约为6 km，共获取了1 896张真彩色数字影像，垂直地面分辨率为0.02 m，可满足1∶1 000平面测绘精度要求。

2.3 控制点采集

测区像片控制点，采用网络GPS-RTK技术施测，同时测量水平坐标和高程数据。根据测区的地形条件，在测区的四周均匀布设共4个控制点。像片控制点的判刺精度为0.1 mm，点位选取在影像清晰的明显地物点，一般可选在交角良好的细小线状地物交点，影像小于0.2 mm的点状地物中心，地物拐角点或固定的点状地物上。弧形地物、阴影、交角小于30°的线状地物交叉不得作为刺点目标。像片控制点选用高程变化小的目标，像片控制点在各张相邻的及具有同名点的像片上均清晰可见。

2.4 数据处理

本项目数据处理使用Bentley公司的Context Capture软件来实施。数据生产工序包括模型预处理、空三加密、影像密集匹配、纹理映射等。

模型预处理。倾斜摄影完成后，对获取的测区影像进行质量检查，确定影像没有变形、扭曲等现象，对影像质量不符合要求的进行修复。

空三加密。软件采用光束法区域网整体平差，以一张像片组成的一束光线作为一个平差单元，以中心投影的共线方程作为平差单元的基础方程，通过各光线束在空间的旋转和平移，使模型之间的公共光线实现最佳交会，将整体区域最佳地加入到控制点坐标系中，从而得到加密点成果，即从已知特征点推算出未知特征点，并自动抽取所有特征点，构成整个目标地区的特征点云。

影像密集匹配。软件根据高精度的影像匹配算法，自动匹配出所有影像中的同名点，并从影像中抽取更多的特征点，从而更精确地表达地物的细节

纹理映射。由空三建立的影像之间的三角关系构成TIN，再由TIN构成白模，软件从影像中计算对应的纹理，并自动将纹理映射到对应的白模上，最终形成真实三维场景。

2.5 成果分析

第一，利用该技术生产的三维模型数据平面精度可以满足1∶1 000比例尺要求，高程精度可满足1∶2 000比例尺要求。

第二，生成的三维模型可以展现建筑物侧立面、建筑物镂空等立体细节，且最大程度地保存了目标区域的色调，更加真实。所有拍摄到的对象，都会被自动建模，避免了传统建模由于人员建模水平差异或者建模标准不同，主观对被建模对象元素进行取舍而造成的不精确。

第三，建模过程完全是批量自动的，无需人工干预，极大地提高了建模效率，缩短建模周期。

第四，所有建模结果都是可量测的，避免了传统人工建模估算尺寸的缺点。同时基于建模结果，可以进行三维空间分析，如通视分析、阴影分析等。

第五，由于水面光的反射及纹理的单一，造成水面模型的缺失和变形。

3 总结与展望

倾斜摄影三维建模，这种无接触、高自动化、高精度的建模方式，较传统人工建模方式有很大的优势，既可生成三维模型供全方位的浏览，又可对地物进行实时测量，还可进行三维空间分析，特别在地形较为复杂的水利工程三维建模中更胜一筹。倾斜摄影三维建模技术在洪水淹没分析、河道治理和水利工程设计等领域存在巨大潜力，需要我们进一步探索与研究。

P23

C

1004-7042（2017）06-0051-02

周新红（1981-），男，2011年毕业于太原理工大学水利水电工程专业，助理工程师。

2017-04-15；

2017-05-27