倾斜摄影技术在河道生态治理中的应用分析

王瀚贤

东莞市运河治理中心 广东 东莞 523000

对于倾斜摄像技术来讲，其具备着灵活机动、技术先进以及运用成本低的特点，将其运用于河道治理工作中，能够快速、高效以及精准地获取河道及其周边环境的数据信息，有助于快速构建河道三维模型，这样能够帮助河道治理人员更为清晰、直观地看到整个河道的地形地貌，从而提高河道治理成效。因此，有必要对此项技术在河道生态治理中的应用做出深入研究，从而确保倾斜摄影技术能够充分发挥应有价值和作用。

1 倾斜摄影技术概述

倾斜摄影技术属于国际摄影测量领域当中的一种高新技术，其最早能够追溯到上个世纪初，早在1904年便有人研发出了8镜头的相应倾斜相机摄影系统，这种系统同能够从8个不同方向开展摄影活动，主要用来开展军事侦察作业。进入到20世纪30年代后，美国率先打造出了一个倾斜相机系统，其创新性地应用了一个垂直相机以及四个不同角度的倾斜相机，当时被称为“马耳他十字”结构，该系统为现代倾斜摄影技术的发展奠定了坚实基础。自此开始倾斜摄像技术逐渐进入到迅猛发展阶段，自20世纪40到90年代，陆续出现了三镜头倾斜摄像系统、倾斜数码相机系统等等。而进入到2010年后，全球无人机行业正式进入到爆发阶段，这使得倾斜摄影技术开始与无人机技术进行有机结合，从而迎来了一个全新的爆发式增长阶段。现阶段，倾斜摄影技术主要指的是通过在同一个飞行平台当中有效搭载多台传感器，然后同时从四个倾斜以及一个垂直等多个不同的角度开展影像采集活动（如图1），倾斜摄影技术不但可以真实全面地反映地物情况，有效地获取高精度被测量物的纹理信息，同时还能够借助先进的定位、融合以及建模等一系列技术手段，打造出逼真的三维模型，有助于相关工作人员更好地了解和掌握被测物的真实状况。现阶段倾斜摄影技术在国内诸多领域已经得到了广泛运用，包括城市三维建模、土地规划以及林业管护、电力维修等[1]。此项技术的优势主要体现在以下几个方面：

图1 5相机倾斜摄影示意图

图2 河道实景三维模型

1.1 技术先进

目前来看，倾斜摄影技术运用到了无人机技术、传感器技术以及数字建模技术等一系列高新技术手段，从最初的数据采集一直到数据建模处理，整个作业流程基本都能够做到自动化开展，可大大提高各类数据信息的采集效率以及质量。

1.2 数据精准

对于倾斜摄影技术来讲，其弥补了传统正向摄影存在的不足，可以站在多个角度有效地采集地物各方面的数据信息，同时借助数字建模技术，能够为用户提供一个真实直观的地物模型，实际精度能够达到厘米级，可以为相关调查研究活动提供可靠充足的数据信息支持。

1.3 能够减少野外工作量

对于倾斜摄影技术来讲，其能够在多种不同的环境下开展测量活动，包括一系列地形复杂以及人迹罕至的地区都可以进行运用，有着极强的适应性以及灵活性，这样可以大幅度减少人工开展的野外调查以及测量工作量，既有助于提高调查测量工作的效率和质量，也可以避免出现安全事故[2]。

2 倾斜摄影技术在河道生态治理中的应用研究

2.1 案例概述

河道生态治理指的是在相应河道陆域控制线当中，在切实满足防洪、饮水、排涝等一系列河道基本功能要求的前提下，借助人工修复措施来促使区域内河道水生态系统得到有效恢复和改善，以此打造出健康、完整以及较为稳定优质的河道水生态系统的相关活动[3]。该活动在实际开展过程中，需要做到因地制宜以及节能高效，做好前期数据采集建模和规划，可保证治理效果同时尽可能地降低治理成本以及后期养护费用。

案例工程为国内某市某河道生态治理工程，所需治理河道实际总长度约为11.4km，对于河道疏导段整体长度约为9.2km，对于堤岸防护段河道实际长度约为3.3km，该河道打造了挡水建筑共计2处，构建出的水面面积约为6.3hm2。为提高河道治理工作成效，案例工程对无人机倾斜摄影技术进行了运用，以此为河道治理活动有效地提供一系列数字化测绘成果。

2.2 技术介绍

案例工程本次使用的倾斜摄影技术主要涉及以下几个方面的内容：

1、大疆经纬M300RTK无人机，实际续航能力约为55min,能够支持三云台以及六向定位避障；2、对于倾斜摄影相机主要选用的是赛尔102S，属于五像头比较高端先进的免像控测绘相机；3、案例工程对RTK实时差分技术也展开了运用，无人机在实际飞行过程中能够对RTK实时差分信号做出有效获取，从而确保能够得到高精度的一系列航飞POS数据信息；4、案例工程对ContextCaptureCenter数据信息处理软件（以下简称三维建模软件）进行了选用，其可以满足三维模型构建、地表模型构建以及三角测量等一系列测绘成果的现实要求[4]。

2.3 作业流程

案例工程先借助倾斜摄像技术有效获取测区当中的一系列倾斜影像，然后借助数据处理软件，开展空三处理同时打造实景三维模型以及数字地表模型还有数字正射影像等一系列4D产品。最终根据实景三维模型，借助EPS地理信息工作站开展相应数据信息采集以及河道本身横纵断面图方面的绘制工作等。

2.4 航飞设计

案例工程的飞行方案具体如下：

1、本次飞行的总体航线主要设定为“Y”字形，结合测区两岸的实际山区地形以及建筑高度，决定分三次开展飞行作业；2、整体设定4条航线，实际相对航高控制在100-200m之间，最终获取航片达到了4132张；3、对于影像地面分辨率需要优于0.02m，对于河道两岸的实际航向重叠度还有旁向重叠度，主要设定为80%以及60%；4、对于下视角相机设定为垂直角度开展拍摄活动，对于4个不同朝向的相应倾斜相机，案例工程将其侧视角最终设定为-45°；5、本次飞行作业的飞行速度要求控制在8m/s左右。

2.5 测量控制

案例工程本次测量活动开展过程中，对于像控点（主要指的是摄影测量控制加密以及测图的基础）以及检查点，均设置为平高点，前者一共有效布设了15个，后者一共布设3个。其中像控点主要设置在带状测区本身的左右两侧，整体主要借助“S”形路线形式进行布点，除此之外，设定的像控点要求彻底覆盖整个治理区域。对于像控点的测量活动来讲，主要借助RTK方式（主要指的是实时动态载波相位差分技术）有效地对中开展3次测量作业，然后取平均值以此充当最终控制点成果。

2.6 飞行作业

为了避免不利气象条件对本次航飞作业产生干扰和影像，最终选择在一个能见度相对较好，同时晴朗无云的天气开展飞行作业。具体航飞过程中，要求逐条航线借助同一架次有效地在2天当中切实完成航飞活动。完成飞行作业之后，需要对获取到的一系列航摄资料质量开展仔细全面的检查工作。具体检查内容涉及以下几个方面：

1、影像清晰度情况；2、影像的色调情况；3、一系列水系要素必须要保证可以在照片当中做到清晰可辨；4、对于地物需要保证轮廓清晰完整；5、对于相邻影像间的一系列相同地物需要保证色调一致[5]。

2.7 做好内业数据处理工作

2.7.1 空三加密

案例工程主要借助三维建模软件开展自动化的空三加密作业（指的是解析空中三角测量，也可以称之为电算加密或者是摄影测量加密，主要是将像片当中量测的像点坐标作为核心依据，借助严密的数学模型，依照最小二乘法原理，同时利用少量野外像控点充当约束条件，然后在计算机当中解求出现阶段所摄地区未知点的相应地面坐标）。有效完成空三加密活动之后，需要对加密精度等一系列指标开展检查工作，在确定切实满足航摄内业规范中明确提出的定向点、检查点还有一系列区域网公共点方面的精度要求后，再将这些数据信息提交至下一工序，为构建实景三维模型提供数据信息支持。

2.7.2 空中三角测量

案例工程倾斜航空摄影工作中的三角测量作业主要在三维建模软件的支持下完成。具体做法如下：先开展航片整理以及影像质量检查工作，以此确保顺序一致，然后需要将定位定姿文件（主要指的是POS文件）有效地放入对应架次的一系列文件夹当中。在此基础上做好影像对应的一系列POS文件的位置以及相机参数方面的设置工作，最后需要合理设置坐标系统以及影像路径等一系列参数，以此构建出block文件[6]。

2.8 做好三维建模作业

在完成上述作业之后，案例工程要求相关工作人员借助三维建模软件（现阶段常用的软件包括Autodesk Maya、3D Studio Max、GodWork以及ContextCaptureCente等）开展实景三维模型方面的自动化生产活动。对于该软件来讲，其内部配有影像密集匹配算法，所以可以自动高效地匹配出一切影像中存在的同名点，同时还可以从倾斜影像中快速地提取出相对较多的特征点，以此打造出三维密集云点，这样便能够更为精确以及完整地对相应地物的细节做出充分表达和反映。除此之外，该软件通过对瓦片技术（主要指的是将相应范围当中的地图依照设计好的尺寸以及格式，并且按缩放级别或相应的比例尺，有效地切成若干行以及列的相应正方形格栅图片）的运用，能够将建模区域有效地划分为一系列正方形“Tile”（瓦片），对于每个“Tile”的实际面积能够结合计算机配置进行科学设置。借助并行机制（指的是将一个工作有效地分成若干份，然后分给不同进程以此同时开展处理工作），可以将每个“Tile”方面的三维模型建立有效地打包为一个具体的任务，并且自动分配节点，从而开展测区方面的三维模型自动化生产制作活动，最终创造出的三维模型具体格式为OSGB（指的是OpenSceneGraph框架的自有格式,是一种二进制数据）。

2.9 做好河道基本情况调查工作

案例工程通过构建出的三维实景模型，能够有效调查的具体内容包括以下几个方面：

1、河道两岸情况调查。案例工程需要治理的河道两岸存在大量杂草、较为茂密的植被以及护河林还有沿河建筑等等，开展野外实测活动难度非常大，而且容易出现安全事故。借助此次测量活动打造的三维实景模型，能够帮助相关工作人员直观清晰地看到河道两岸较为复杂的真实环境，更好地清查河道两岸堆积的一系列杂物以及违章建筑等，同时还可以详细完整地勾勒出实际侵占的具体范围轮廓，并且有效地标明可辨别的实际侵占类型，这能够为河道生态治理工作的顺利高效开展提供真实可靠的参考和依据[7]。

2、河道现状调查。借助构建出的三维实景模型，可以对河床淤积、冲刷等问题的真实情况做出充分地了解和掌握，针对一些水质相对较为复杂的区域可以进行标识，然后开展实地探查工作。一是行洪能力调查，结合三维实景模型，案例工程发现部分河段河槽较为狭窄，实际行洪过水断面存在一定不足，部分行洪滩地打造了较多水产品养殖池，多处区域经常停泊较多的船只，使得河道下游行洪水位得到了持续抬高，进一步延缓了洪水本身的下泄时间，使得上游防洪压力开始不断增大。二是水污染调查，结合三维模型当中显示的河道水体的具体颜色，相关工作人员能够清晰准确地辨别水污染以及固体废弃物污染情况，同时还可以能够帮助相关工作人员及时有效地发现以及排查位置相对较为隐蔽的排污口，这样可以规避实地巡查活动存在的遗漏问题，有助于提高排污巡查工作成效，从而为河道治理工作提供支持和帮助。

3 结语

综上所述，在河道生态治理活动中合理运用倾斜摄影技术，不但可以有效地获取到河道治理活动需要用到的一系列制图，包括横纵断面图还有大比例尺地形图等，同时还可以获取到一个大范围、实际精度极高的相应三维实景模型，这些制图和模型可以为河道及其周边区域生态环境现状调查、水污染调查以及非法占地调查等等提供支持和帮助，有助于河道治理工作的顺利高效开展。文章针对倾斜摄影技术在河道生态治理中的具体运用措施做出了深入研究，以此提高此项技术的运用水平，助推河道治理工作持续向好发展。