斜摄影测量原理、实景三维建模技术流程

三维实景建模

本文主要介绍倾斜摄影测量原理、实景三维建模技术流程及其技术优势，并探讨了中维空间利用倾斜摄影自动三维建模的方法对输电线路走廊资源进行快速调查，尤其是在建筑物拥挤地区、林木密集覆盖区、恶劣地质区和交叉跨越设施复杂地区，可有效提高输电线路的设计质量，优化工程投资造价，具有创新性和先进性。

随着城市建设的飞速发展，建设环境日益恶化，地质灾害频繁发生，输电线路走廊规划设计难度日益加大。采用传统的测量方式对输电线路走廊资源进行调查，工作量大、效率低，成本高，难以满足电网建设需求。针对上述问题，本文提出了利用倾斜摄影技术进行实景三维建模的方法对输电线路走廊资源进行快速调查，可有效提高输电线路的设计质量，优化工程建设投资造价，保护生态环境。

1 倾斜摄影工作原理及技术优势

1.1 倾斜摄影测量原理

倾斜摄影技术是国际测绘遥感领域新兴发展起来的一项高新技术，融合了传统的航空摄影和近景测量技术，颠覆了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从垂直、前视、左视、右视与后视共5个不同的角度采集影像。其中，垂直摄影影像，可经过传统航空摄影测量技术处理，制作4D（DEM、DOM、DLG与DRG）产品；前视、左视、右视与后视4个倾斜摄影影像，倾斜角度在15°～45°之间，可用于获取地物侧面丰富的纹理信息。

通过高效自动化的三维建模技术，快速构建具有准确地物地理位置信息的真三维空间场景，直观地掌握目标区域内地形地貌与所有建筑物的细节特征，可为电力和水利工程建设、地质灾害应急指挥等提供现势、详尽、精确、逼真的空间基础地理信息数据支持和公共服务。

1.2 实景三维建模技术流程

目前，采用倾斜摄影技术进行三维建模的后处理软件以StreetFactory和Smart3DCapture软件为典型代表，中维空间自主研发的Pixel-Mosaic。利用地物的垂直与倾斜影像以及少量的地面控制点，构建基于真实影像纹理的高分辨率真三维模型，主要技术流程如图1所示。可将生产的三维模型数据导入GIS平台进行应用分析，如对输电线路拥挤地段建筑物进行坐标、距离量测和面积统计，绘制拥挤地段平面图；准确量测交叉跨越铁塔高度、优化交叉跨越设计等。

1.3 技术优势

倾斜摄影技术具有以下优势。

（1）高分辨率。倾斜摄影平台搭载于低空飞行器，可获取厘米级高分辨率的垂直和倾斜影像。

（2）获取丰富的地物纹理信息。倾斜摄影从多个不同的角度采集影像，能够获取地物侧面更加真实丰富的纹理信息，弥补了正射影像只能获取地物顶面纹理的不足。

（3）高效自动化的三维模型生产。通过垂直与倾斜影像的全自动联合空三加密，无需人工干预，即可全自动化纹理映射，并构建三维模型。

（4）逼真的三维空间场景。通过影像构建的真实三维场景，不仅拥有准确地物地理位置坐标信息，并且可精细的表达地物的细节特征，包括突出的屋顶和外墙，以及地形地貌等精细特征。

2 中维空间的倾斜摄影技术在输电线路走廊资源快速调查中的应用

利用倾斜摄影技术快速构建目标区域三维空间场景，对输电线路走廊通道资源快速进行调查，合理避让城镇规划、大型工矿企业、自然保护区、林木密集覆盖区，以及高山大岭、重冰区等险恶地形与恶劣地质区，使线路设计安全可靠，经济合理，减少线路工程建设对地方经济发展的影响。

2.1 准确量测走廊通道内建筑物拆迁面积

倾斜摄影测量所生产的实景三维模型，具有时效好、精度高、信息丰富的特点，可准确量测地物的坐标、宽度、高度和面积等。在真三维模型上进行精细化判读与室内量测，对输电线路拥挤地段建筑物楼层数与实际面积进行快速统计，从而有效估算线路工程建设所必需的房屋拆迁量，使工程赔偿造价准确合理，降低施工民事难度。

2.2 准确确定林区植被属性与覆盖范围

对于输电线路走廊通道内林木密集覆盖区，在真三维模型上可直观地判断出林木种类与分布范围，并准确量测出地表林木高度；通过线路路径优化设计，有效避让林木密集区，减少线路在林木区，尤其是生长较快的桉树林区中的长度，降低设计铁塔高度和林木砍伐量，有效控制青苗赔偿费用，保护生态环境。

2.3 快速调查险恶地形与恶劣地质区

通过逼真的三维环境，设计人员可快速直观地掌握输电线路走廊通道内的地形地貌细节特征，在经济合理的前提下，路径选择尽量避让崩塌、滑坡、高山大岭、重冰区、水网，以及矿产采空区等险恶地形与恶劣地质区，确保每基塔位不会出现因地形、地质因素导致不能立塔的问题，有利于线路后续协调与施工，使新建线路更加安全可靠。

2.4 快速量测交叉跨越高度

对于铁路、高速公路、已建输电线路等沿线重要交叉跨越，在真三维模型上可准确量测被跨越物的坐标、距离与高度信息，合理优化线路路径跨越位置，有利于跨越塔架立和放线施工，有效控制工程投资造价。同时，综合协调需建线路与沿线交叉跨越设施的矛盾，减少交叉跨越已建输电线路，特别是高电压等级的输电线路，降低施工过程中的停电损失，实现电力建设与经济建设的和谐发展。

综上所述，将倾斜摄影技术应用于输电线路走廊资源快速调查中，具有创新性和先进性。通过时效好、精度高的实景三维模型对输电线路进行优化设计，尤其在建筑物拥挤地区、林木密集覆盖区、恶劣地质区和交叉跨越设施复杂地区，可有效提升输电线路的设计质量与深度，降低线路曲折度，使线路路径设计参数达到最佳，优化工程建设投资造价。

目前，倾斜摄影测量所生产的三维模型还存在部分缺陷，主要体现在：在楼间距狭小的建筑物密集区，因建筑物的遮挡而造成底部变形较大；路灯、电力线等截面过小地物，特征点匹配较少而造成模型缺失；水面、玻璃等光滑表面缺少纹理特征，无法匹配特征点而产生模型漏洞等，今后可研究将地面三维激光扫描数据与倾斜摄影数据相融合，修补与完善三维模型。随着倾斜摄影技术的快速发展和日渐成熟，将在输电线路走廊资源快速调查中发挥越来越大的作用，对输电线路的设计、施工与运行带来革命性的变化。