基于航测与遥感技术的三维建模应用分析

刘 德

（河北省地质调查院，河北石家庄 050000）

我国信息技术发展突飞猛进，为顺应时代的发展，“数字地球”“数字城市”等数字化概念逐步被提出，而空间信息技术的发展也为此奠定坚实基础。过去几年里，我国致力于实现无纸化办公与信息化社会，为促使中国进入科技化时代不断奋斗，研发人员以二维数据为基础不断开发新型数据空间。现阶段，二维数据已经不能满足各行各业的专业需求，也正是因此衍生了一种更为直观便利的核心数据——4D 技术。三维建模技术的应用需要以这种技术为主体，在不断研发优质技术的同时将4D 技术应用到三维建模过程中，借助4D 技术的便利条件为我国航测与遥感技术提供更有力的保障。

1.航测、遥感技术与三维建模技术分析

1.1 航测与遥感技术

航测又称为摄影测量与遥感，是目前测绘技术中的一种遥感科学，这种技术是目前的一种新兴边缘学科，主要用过非接触传感器直接获取需要的信息与数据，解决传统目标的几何定位，提取目标对象的具体物理特征。目前，航测与遥感技术已经得到各行各业的高度重视，航测与遥感技术主要是依靠先进设备，利用红外线、电磁波等物理技术对目标物体进行精准检测，相较传统工艺来说，其精准程度与工作效率都有明显提升。但由于其依然受到传统技术的制约，导致相关工作人员的工作开展情况没有大幅度进步。如今，我国航测与遥感技术不再需要大量的人力资源，通过人工智能以及大数据，计算机等先进技术能直接获取目标物体的精准数据信息[1]。由此可见，若能将其大范围应用，对于推动国家经济发展，保障人们生活质量都有决定性作用。

1.2 三维建模技术

随着空间信息技术的高效进步，二维数据已经不够先进，对各行业的需求无法达到相应标准，因此，4D 技术与4D 产品的三维建模技术应用已经成为科技发展的必然趋势。因此，为促进三维建模技术在航测与遥感技术下得到充分应用，保证4D 产品能深入各行各业的生产技术中，相关研发人员已经逐步开始将地理信息技术与三维建模技术进行充分结合，以期能够更加精准地对数据进行分析、计算和处理。在实际进行三维建模技术的应用过程中，必须首先对二维模型进行升级与改良，用以提高工作质量与效率。二维模型得到优化后能够更好地满足工作所需的条件，发挥其新时期社会发展中的最大作用。数据模型的建立能够为后期工作提供保障，及时发现操作过程中存在的问题，由此可见，数据建模工作是十分重要的，应该得到足够重视，并严令员工按照操作规则进行操作，保证模型的质量。

2.4D 技术与航测遥感技术特点

2.1 4D 技术

4D 指的是数字高程模型，正射影像图，栅格地图与线划地图四种数字化测绘产品，而生产这一系列产品的技术则是4D 技术。4D 技术在平面设计与制图的工作中能够发挥重大作用，但因其被各方面因素的制约，导致4D 技术中的许多专业条件没有得到充分发挥，这也导致4D 技术中的许多要素得不到作用，比如水利工程中DEM 与DOM数据都有特定格式，需要特定软件进行操作，但却很少有工程会真的将其具体落实，这也在很大程度上降低了4D技术的效率与作用。4D 技术就是通过多种数字检测产品的结合而形成的一种促进人工智能时代发展的先进技术[2]。目前，4D 技术正在水利工程设计与施工方面得到广泛使用，虽然有越来越多的行业开始重视4D 技术，但其DRG和DLG 技术并没有得到真正的使用，这也导致4D 技术没能得到充分发展。以我国土木工程市场情况为例，软件厂商的侧重点依旧在于图纸设计计算机模型构建，对数理模型在CAD 中的具体应用没有足够的认知，导致4D 技术的价值未能充分发挥。结合现阶段的市场形势来看，想要使4D 技术得到充分的重视，必须使相关人员提升对此项技术的思想认知，认识到这项技术的重要性，并在实际工作过程中将其彻底融入，并在这一基础上，继续探索行业需要的适宜技术。

2.2 航测遥感技术特点

航测遥感技术相较传统勘测方式来说，特点更加鲜明，首先航测遥感技术能够避免实地考察，只需利用飞机或卫星等技术设备对指定区域进行扫描，就可以得到需要的数据。遥感设备的出现极大地提升了勘测结果的准确程度，随着科技的不断进步，高清拍摄设备越来越多，这不但促进了航测遥感技术的发展，还使航测遥感技术逐渐向自动化方向靠拢，航测遥感技术自动化发展能够大大降低人力需求。目前，我国航测遥感技术的发展水平基本呈现自动化状态，对于区域勘测只需要少量人为操作，绝大部分工作是由自动化设备进行的，操作人员只需要根据勘测需求输入相应参数。不仅如此，在得到需要的数据后，还可以利用软件对数据展开分析，使数据通过另一种形式呈现，航测遥感技术的应用，在一定程度上提升了勘测领域的发展，使我国勘测技术水平显著提升。

3.航测与遥感技术的三维建模应用分析

3.1 数据采集

数据采集是4D 技术中十分基础的一项工作，其在不同行业也具备不同的功能，应用方法也各不相同。与遥感技术相比，航测的数据采集工作更多的是依靠人工技术的力量，4D 技术的具体应用则可以改善这一弊端[3]。在4D产品中，常用的数据采集的方式主要包括航天遥感，倾斜航空摄影、低空无人机摄影、大飞机航空摄影、LTDAR激光扫描等，这几种数据采集方式是目前为止应用频率最高效果最好的。将4D 技术充分应用在三维建模工作中不仅能够以更加便利的手段获得更为精准的数据，还可以将原有的技术进行改良更新，并在工作过程中对原有的技术展开详细分析，得到具体分析比较图，在图上可以清晰地看出数据的变化。

大飞机航空摄影：大飞机摄影是一种航空摄影，指的是将摄影机安装在飞机上进行拍摄，这种拍摄方式能够大面积拍摄到区域内容，摄影前需要设定飞行路线，相邻影像间需要保持一定的重叠度。完成任务后则可以进入另一条航线摄影，但也要注意保持一定重叠度。

低空无人机摄影：低空无人机摄影主要是用无人机为摄影遥感平台，利用遥控传感器获取地理信息。目前，无人机摄影在许多行业多有广泛应用，较为常见的有固定翼无人机、旋翼无人机、无人飞艇等，无人机遥感技术是航测遥感中的一种重要手段，适用于高危地区探测，其具备勘测成本低，技术灵活，续航时间长等优势。

航天遥感：遥感是一种不用接触实际物体在一定距离内使用光学或电子光学仪器接收电磁波信号来控制的仪器，其可以用图像、数据等形式将信息记录下来，并传送回传感器端，为动态监测、资源勘查等行业提供便利条件。航天遥感也是卫星遥感，主要以卫星作为遥感平台，以传感器控制卫星对时空进行扫描，保障地面安全。遥感技术的不断进步也为航天遥感提供了更优质的服务，使我国航天事业发展取得显著成绩。

3.2 数据处理

生态环境的大规模改变促使人们不得不开始重视生态文明建设，并积极寻找节能环保的手段[4]。比如在矿山开发作业时，利用航测与遥感技术能够有效增强信息技术支持，加强管理工作，并依据精准数据制定更为合理的开矿方案。除此以外，还能够很好地保护矿山周边的生态环境不受作业影响。采矿工作是一项容易产生严重污染的危险作业，若得不到专业合理的技术指导，则会导致污染防治工作效率低下。应用无人机航测监控过往人员与车辆，则可以高效避免人为的生态破坏。在进行数据处理的过程中，地形分析方面较为突出，利用航测与遥感技术获得数据绘制的地理图，并将数据与信息充分融合，实现地形调查工作。摄影测量和遥感技术的4D 产品主要包含数字线划地图、数字栅格地图、数字高程模型以及数字正射影像图，这些产品适用于各个行业，起到的作用也各不相同。

数字栅格地图：数字栅格地图是以栅格数据格式储存与表示的图形数据，这一产品可以用作背景图，给其他数据提供参照与修测依据，可以用在数据采集评价与更新方面。数字正射影像图：数字正射影像图是通过数字高程模型，对经过扫描处理后的航空像片进行辐射纠正，按图幅范围裁切成影像数据，带有公里网格以及地图几何精度和影像特征。数字高程模型：数字高程模型是在高斯投影平面上规则或不规则的网格点的平面坐标与高程数据集，其可以派生出等高线、坡度图等，也能与其他专题信息数据叠加，生产数字正射影像图的基础数据。数字线划图：数字线划图是地形图上一种基础要素信息的矢量格式数据集，其中保存着要素空间关系以及相关的属性信息。数字线划图能全面地描述地表目标，为缩短数据采集和产品提供的周期，数字线划图能够满足各项要求，随即进行数据选取和显示，与其他信息叠加，从而进行空间分析与决策。

3.3 数据应用

数据应用最初应用于我国军队与铁路行业，现如今已经逐渐普及到各行各业，利用数据处理功能获得特殊目标主要体现在军事领域，传统的航空摄影技术并不能满足信息数据的获取需求，因此必须利用航空遥感技术获取相关数据，使图像与数据的精准度得到提升。另外，航测与遥感技术还能够大幅度降低人力与成本，保护矿物资源，提高工作效率。数字高程模型建立后也需要通过双曲抛物线插值的计算得到对应的具体数字高程，三维建模技术能够使这一过程中的相关数据被自动获取，既能够避免人为操作可能会出现的误差，也能够很好地提升工作效率。因此，在这项工作的进行过程中，相关人员必须确保建立的模型能满足实际工作需求，并致力于提高数字模型计算的效率与质量，使模型建立更加完整。

3.4 三维建模技术应用分析

21 世纪科技进步的同时，空间信息技术也得到了快速发展，二维数据已经无法满足新时代的需求，因此跟随时代发展的脚步4D 技术产品以及三维建模逐渐形成新的发展趋势，并在各行各业中得到了高度使用。三维建模技术能够更加精准地分析和计算数据，在一定程度上使4D产品的效果在各个行业得到高效发挥[5]。

数据模型建立：数据模型建立是三维建模技术中的重要组成部分，数据模型起源于数字高程模型，其主要使用了我国标准地图空间数据交换格式NSDTF -DEM，这种方式的数字高程模型是以矩形块形式存在的。部分数据计算并不需要很大的矩形块，为了节省计算空间可以利用小矩形模块对其进行模拟，建立项目文件对模型群进行管理，并利用文件索引将数字模型储存机制优化，使其能够更准确迅速地找到文件的对应构成模型，为后续运算打好基础。

建立真实感地形：建立真实感地形手段主要有BPS算法以及LOD 算法，在叠加高分辨率影像后算法显得尤为重要。基于4D 的三维建模在工程中的实际使用效果来看，建立真实感地形可以为工程的实施提供便利条件，应选择适宜方式进行数据采集与处理，具体形式应结合工程具体情况分析，可以通过路线边界约束算法等技术建立大规模地形便于实时观看。

4.结语

充分实现信息化科技建设能为人们生活与社会经济带来不可小觑的便利条件，基于此，本文结合航测遥感技术以及三维建模技术的具体情况对4D 技术展开研究，分析了4D 技术应用现状以及其在三维建模中的具体应用情况与作用，以期能够为我国科技发展提供参考。由于如今的大部分行业已经无法脱离航测与遥感技术的支持，因此需要得到不断的完善与提升。研发人员应该在今后的工作过程中，充分吸收现代化技术与知识，发挥巨大的效能，在完善相关技术的同时发掘新的潜力，进而发展更多的产业，使我国经济建设得到更高效的发展。