倾斜摄影测量在水利工程测绘中的应用

王 杰，孟高原

(沧州水利勘测设计院，河北 沧州 061000)

近年来，我国的水利工程建设信息化程度不断提升，越来越多的信息技术、空间技术等一些先进的测绘技术应用在我国的水利工程建设中，给我国的水利工程建设提供了较为科学和直观的依据，其中倾斜摄影技术就是在水利工程中应用较为典型的一项信息化测绘技术。倾斜摄影技术作为一项测绘遥感领域发展起来的高新技术，是通过在同一个飞行平台中建立多个传感器，利用垂直和倾斜的摄影角度来进行数据收集，获得的数据信息较为完整和准确。同时，倾斜摄影测量技术具有高精度、大范围等特点，可以在任何复杂的场景下实现高性能的数据测绘处理。目前，倾斜摄影三维数据可为智慧城市、规划、国土、测绘、军事、灾害应急、农业、林业、水利、旅游、电力、油田等多种行业提供二、三维一体化的数据来源。基于倾斜摄影测量技术在水利工程测绘中的优势，本文进行了深入的分析与研究，以期为同行提供理论借鉴和指导。

1 倾斜摄影测量技术内容及优点

1.1 主要技术内容

1.1.1 工作原理

倾斜摄影技术作为无人机空中飞行的一项高科技测量技术，主要特点是利用倾斜摄影技术，在同一个无人机上设置多个摄像头来收集图像，不同角度的倾斜或垂直拍摄，可以让地理表面的信息更为精准和完善。

1.1.2 数据信息的获取与处理

倾斜摄影测量基本流程主要包括：数据采集、数据处理、模型制作、开展测图、精度检核、成果提交，如图1所示。其中，数据采集、数据处理和模型制作是倾斜摄影测量的核心内容。

在采集倾斜摄影数据过程中，基本要求和技术规格如下：一是获得的图像为真彩色数字图像；二是地面分辨率满足相关比例尺地形图的精度要求；三是照片的航向重叠度及旁向重叠度满足要求；四是图像质量满足要求，包括影像清晰、对比度适中、色调柔和明亮；五是漏洞填充。在航飞过程中由于各种原因可能导致部分区域无影像覆盖或影像质量不合格，应对不合格的航片或漏拍区域及时进行补拍，漏洞填充按照原设计航线和参数进行。

数据处理及模型制作可以采用相应软件平台(如街景工厂)实现较高程度自动化处理，最终生成真实场景的三维模型。以此三维模型为基础，利用相关软件可以对其进行各种编辑与分析。

1.2 倾斜测量技术的优点

(1) 可操作性强。倾斜摄影技术可以高效、便捷地获取数据信息，工作人员无需在后期进行拍摄，通过计算软件对数据进行处理，有着较高的自动化程度。

(2) 三维模型更接近真实场景。倾斜影像与垂直角度拍摄正射影像相比，可以提供被测量对象的多角度信息，有效补充地面的一些侧面细节，极大地弥补了人工模仿真实度较低的不足，让建模效果更真实。

(3) 测绘成本低。倾斜摄影测量一般采用无人机低空飞行，对天气、环境等要求较低，操作灵活简捷，减少了飞行周期，节省了操作人员数量，从而有效地降低飞行成本。倾斜摄影与传统航摄方法相比，同一无人机搭载了多架摄像机，相同架次下可获得更加丰富的影像数据。后期对这些数据进行高自动化批量处理分析，节约了工程的劳动力成本，有效节省了建模的时间，减少航拍的次数，获得更为直接的地表信息，还能降低和避免仪器出现损耗。

(4) 具有较大的视场角。倾斜摄影测量时可以对安放在不同角度的摄像头进行角度调节，从而获取多个不同角度的大量测量数据。

2 倾斜摄影测量数据处理关键技术

在进行倾斜摄影测量的过程中，可以获得多个视角的摄影数据，除了垂直的数据信息外，还有多个方向的倾斜数据，传统的空中三角测量软件不能对倾斜摄影的数据进行分析，因此倾斜摄影测量需要解决的关键性技术为多视影像的密集匹配、多视影像的联合平差、数字表面模型(DSM)生成和真正射影像(TDOM)纠正。

3 倾斜摄影测量在水利工程中的应用

自古以来，人们就对水资源的有效利用和管理进行了不断探索，尤其近年来随着遥感测绘技术的不断发展，信息化的测绘方法也日益在水利工程中得到广泛应用。水利工程涉及环境评价、安全检测及工程建设管理等多项工作内容，利用无人机实现低空遥感进行测绘及检测，可以得到快速高效的精准信息。此外，无人机倾斜摄影测量具有较强的机动性，高清的图像与GPS系统有效结合，能够为水利工程生态化建设提供更为科学的分析依据，提高水利工程安全监测的可靠性。

4 无人机倾斜摄影在水利工程测绘中的优势

4.1 倾斜摄影产生测绘元数据

在数据制作过程中，倾斜摄影制作数据是最基本的技术数据。只要产生倾斜摄影数据，就可以直接从模型中提取各种辅助数据，包括DEM、DSM、DOM等数据。倾斜摄影数据在处理过程中还可导出与原始斜向摄影相匹配的点云和高密度图像，可作为辅助测绘成果，对人们了解现场复杂地形很有帮助。由于现有普通航空摄影缺乏搅动灵活性，很难在云端下获得图像。卫星遥感受时间效率低、分辨率低的影响，不能满足水利工程等重复测绘和监测工作的需要。而以无人机为遥感飞行平台，在机身上装载数据遥感设备，以遥感数据处理系统为技术支撑，结合“3S”技术，可对目标水域进行实时观测和数据处理。采用无人机技术的测绘遥感系统具有获取高分辨率图像和快速处理的能力。通过前期的检查和测试，可以根据工程需要得到大比例尺的航空影像数据。在此基础上制作数字线路规划图、数字高程模型和数字正射影像图，为水利工程建设提供了重要的信息。

4.2 提供了更加直观的数据支持并提高了工作效率

无人机倾斜摄影基本上采用低空飞行，摄像机为高清摄像头，采集的影像数据地面分辨率能达到2 cm。一般情况下，无人机设置地面分辨率为5 cm，一天能获取1 km2的数据。如地面分辨率达到2 cm，处理获得三维模型后的视觉感与到达现场基本一致，为水利工程决策提供了更为直观的数据支持。

生成测区三维模型后，可利用相应软件平台对三维模型进行编辑、量取、立体测图等操作。因三维模型具有极好的可视性，能为决策者提供身临其境的视觉效果，有利于决策者作出决策判断，从而提高工作效率。

4.3 泛在测绘成为现实

从20世纪50年代开始，测绘人员就不断地将TBS、POS等一项项新技术融入测绘工作中，提高了测绘效率和精度，从而逐渐让测绘人员摆脱对专业理论的依赖，使得每一个人员只要具备基本的无人机操作知识就可以生产出测绘数据来。在航测数据内业处理过程中，随着相关软件平台不断更新升级，自动化程度越来越高，只需技术人员设置少量参数就可完成操作。航空摄影测量内、外业高度自动化使其广泛应用在水利工程测绘工作中成为可能。

5 结 语

随着我国经济的发展，摄影测量技术也借助科技优势逐渐走向完善。摄影测量技术的进步，不仅提高了我国各行业测绘工作的效率和质量，还促进了我国经济的发展。虽然已有了一定的发展，但在以后的工作中，还要在此基础上利用科学技术提升测绘工作的水平与质量，不断满足社会发展的新要求，使摄影测量技术走向智能化、现代化、数字化和高精度化，从而推进我国水利行业测绘事业的长远发展。