浅谈倾斜摄影测量技术在水利行业的应用

蔡悦

摘 要：倾斜摄影测量技术由于其建模速度快、精度高、费用低等优点，在测绘领域广泛应用。快速、高精度的三维立体模型将为数字水利的建设提供强有力的技术支持。本文阐述的倾斜摄影测量的原理及特点并结合水利行业信息化的发展方向，对倾斜摄影测量在水利信息化建设中的应用进行了思考与探究。

关键词：数字水利；倾斜摄影测量；三维建模

1 引言

随着“数字地球”的不断发展，“数字水利”的概念被提出并依托计算机技术、通信网络技术、3S 技术等高新技术手段为国家水资源的管理与利用提供服务。然而传统的二维地图所提供的数据信息已无法满足越来越多元和广泛的水利需求。必须建立逼真的三维现实场景，并构建以此场景为基础的系统为数字水利的发展服务。

2倾斜摄影测量

倾斜摄影测量技术是国际测绘领域近年来倡导使用的一项高新技术。它颠覆了以往影像只能从正摄角度拍摄影像的局限，通过不同的角度采集影像数据，将用户引入了符合人眼视觉习惯的真实且直观的世界。

2.1倾斜摄影测量概述

倾斜摄影测量以飞机为承载平台，融合了传统航空摄影测量和近景摄影测量技术。它通过在同一飞行平台上安置的1 台垂直相机及4 台倾斜相机，可以在一次飞行过程中同时获取正下方地物顶部影像及前、后、左、右四个方向地物的侧面影像。

拍摄相片时，相关航测参数如航高、航速、航向重叠、旁向重叠、坐标也应同时被下来以便后期对倾斜影像进行分析和处理。某时期飞机连拍影像重叠的照片如图1所示。

2.2倾斜摄影测量的技术特点

以往的航拍正射影像只能从垂直角度拍摄地物，而低空无人机倾斜摄影测量系统通过在同一个无人机平台上搭载多台传感器，同时从多个不同的角度采集影像，可以快速、高效获取丰富的数据信息，从而得到地物的不同立面信息，有利于三维模型的细节构造。相对于传统的航空摄影测量手段多个角度地物目标的特征信息能够有效弥补了传统正射影像的不足。倾斜摄影所获成果不仅可以构建可量测的倾斜实景影像系统，供用户进行包括高度、长度、面积、角度、坡度等属性的多角度快速浏览和空间量算，还可作为三维建模的基础数据，采取批量处理的方式快速构建三维景观模型，充分发挥航空摄影作业效率高的优势，有效降低三维建模的成本。三维建模的技术流程如图3所示。

2.3倾斜摄影测量的发展

近年来，倾斜摄影测量技术趋于成熟，一些商品化的倾斜摄影测量系统陆续出现；硬件系统以美国Pictometry 倾斜摄影相机和国内四维远见SWDC - 5倾斜摄影相机为代表。数据后处理软件以美国Pictometry 系统和法国Infoterra的像素工厂为代表，除此之外，徕卡公司的LPS 工作站、AeroMap 公司的MultiVision 系统、Intergraph公司的DMC 系统、Astrium 公司Street Factory 系统等软件都达到了实用化的水平。在国内主要有：红鹏公司推出的无人机敏捷自动建模系统、超图软件公司的SuperMap GIS 7C 软件、立得空间公司的Leador AMMS 以及武汉天际航公司的DP-Modeler等倾斜摄影测量软件。此外，微软公司的UltraCam Osprey倾斜摄影测量系统也已投入商用，此举无疑将把倾斜摄影测量的技术竞争引向更高水平。

3数字水利的建设与发展

当前，信息化正在加速向水利行业渗透。多学科、跨领域的各项新兴技术正不断为水利行业的发展提供着帮助与支持。传感器技术日趋成熟，为信息采集、数据的可视化提供了前所未有的技术手段和解决方案，将对水利的规划、设计、安全管理等产生全方位的影响，为水利行业全面技术升级提供了可能。我们把利用以信息技术为核心的一系列高新技术对水利行业进行全面技术升级和改造这一过程形象地称为数字水利。

数字水利通过综合运用计算机技术、遥感、GIS、GPS、多媒体技术、大规模存储技术以及智能数字采集等技术，以各种数据基础设施为框架，获取水事活动中相关的水文、气象、环境、水情、工情等各种水利信息，将水利工作信息纳入一个即时的可管理、可监控、可调度的科学平台；数字水利主要包括数字防汛、数字调水、数字水土保持、数字水资源、数字水文、数字水利工程以及电子政务和综合水利会商等内容。因为水利信息绝大部分都是空间信息.空间信息非常复杂，涉及到点、线、面和三维空间的复合问题，因此，构筑“数字水利”系统离不开航测技术所提供的空间数据。

4倾斜摄影测量技术的数字水利应用

4.1水利规划管理及工程建设

水利规划作为一项先导性工作，是数字水利重要的一步，对水利工程设计、建设发挥着决定性的作用。以往，水利规划人员利用传统的二维地图结合实地的勘测，通过专业技能和想象力构思规划，并通过文本、二维图件等形式表达规划成果。随着这些年倾斜摄影测量对三维建模技术的发展的推动，三维规划系统的应用，为在水利规划过程中进行现场勘查、规划设计、方案对比、信息管理等提供了极大便利。与此同时，倾斜摄影测量技术能够便捷的获取实景的三维数据，这为在实际工程中如大型水利建设中土石方量计算、水工建筑物的信息获取、坝址选取、大型水库淹没区估算等提供了有效的数据依据，为水利工程建设节约了时间，也节约了成本。

4.2.水域安全管理及防灾减灾

借助倾斜摄影技术构建的可量测实景和三维模型系统，非GIS专业的管理者也可以直观、全面地掌握灾害发生地的环境信息，方便日常监管、决策指挥。在天津特大火灾爆炸案中，利用倾斜摄影测量采集的数据构建三维模型，使得抢险工作在立体沙盘上直观清晰的进行。面对水利灾害，构建的三维模型系统一方面能够有效地传递洪水水位信息，获取实时的洪水情况，为防汛指挥工作提供强有力决策支持。另一方面，清晰的三维可视化能够直观的反应受灾情况，评估受灾面积、受灾房屋数量以及受灾程度等，并对水体污染、大面积泥石流、滑坡等山地灾害进行预警和监控。与此同时，真实三维场景的建立还为应急指挥人员同现场人员及社会公众的互动交流提供了便利。

4.3.水文信息分析与管理

水文信息是水利的重要组成部分，流域水资源合理开发、运行调度、管理、保护，水利工程管理都需要水文数据做坚实的后盾基础。利用倾斜摄影测量技术建立三维模型与GIS技术相结合，构建三维可视化的数字水利系统，将传统水文中水位、摘录雨量、录入蒸发量等基础数据进行分析，能够更加直观和有效的获得水情现状，精确的水情现状信息能够为水情预报与监测、流域保养水能力，水库调度提供强有力的支持。

5 结论与展望

倾斜摄影测量技术的飞速发展为获取地物的多角度纹理细节特征提供了丰富的信息，也为人工智能的三维实体重建提供了技术支持。然而，倾斜摄影测量高精度匹配仍然亟待解决的关键性问题，对于三维模型的表达也会存在局部失真的情况。随着数字水利的发展，通过倾斜摄影测量所提供的三维成果并结合其他传感器的测量数据，建立起一个 “数字水利系统“，将为水利事业的发展提供更全面的服务。

参考文献

[1]张祖勋.数字摄影测量学[M].武汉：武汉测绘科技大学出版社，1997.

[2]孙宏伟.基于倾斜摄影测量技術的三维数字城市建模[J].现代测绘，2014（01）：18-21.

[3]魏建魁.3S 技术在数字水利中的应用[J].水利科技与经济，2016（3），119-120.