安徽省水利水电勘测设计院勘测分院 安徽 蚌埠 233000
摘要：针对近来较为火热的倾斜摄影测量技术在三维建模中的应用问题，本研究以王家坝闸这一典型水利工程作为研究对象，探究倾斜摄影技术在水利工程三维建模中的适用性。研究表明：在较少人工干预情况下，直接根据Context Capture软件进行三维建模，模型整体效果令人满意，但对于水体、闸墩、路灯和栏杆等地理要素的表达效果较差；结合DP Modeler软件对测区三维场景进行模型单体化和修饰，主要针对表达效果较差的地理要素进行人工干预的修饰和建模，得到修饰后的模型整体效果较好，能够准确完整地表达测区的各地理要素。
关键词：倾斜摄影；水利工程，三维建模；模型修饰
水利工程实景三维模型具有信息丰富、真实、直观、表现力强等优势，能够提供人们惯常的三维视觉进行系统交互，大大提高了水利信息展示的友好型、直观性和全面性，提高了水利行业的信息化水平。
1 倾斜摄影测量技术
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测量技术，相比于传统的航拍正射影像只从垂直角度拍摄地物的方式，无人机倾斜摄影测量系统，在同一个无人机平台上搭载多台传感器，多个不同的角度同时采集影像，快速、高效获取丰富的数据信息，从数据中不仅能够获取各地理要素的顶部信息，还可得到各地理要素不同角度的立面信息，有利于三维模型的细节构造和纹理贴图。
2 数据获取与三维建模
2.1水利工程概况
王家坝闸位于淮河中上游分界处，河南省固始县、淮滨县和安徽省阜南县三县交界点，与淮河、洪河、白鹭河交汇点，作为淮河上重要的水利枢纽工程，被誉为千里淮河第一闸，直接受国家防总的指挥调度，其他任何单位和个人无权干预。王家坝闸作为分洪闸，全长118米，共13孔，每孔宽8米，设计水位差4.5米，周边地理要素完善，包括建筑服及其附属设施、水体、植被、地形地貌等，具有典型性和较强的代表性。
2.2数据获取
根据测区的地形地貌特征，参照《1∶500、1∶1000、1 ∶2000地形图航空摄影规范》（GB/T 15661 -2008）对测区航线进行设计。本次航测实施及建模区域约为0.35km2，总共设计航线18条，航向重叠率设置为85%，旁向重叠率设置为80%，飞行总里程约为16km，飞行时间选在10：00-16：00期间，共获取了2610张真彩色数字影像，照片清晰，色彩饱和，ISO控制在400以内，影像纯净无噪点，且无扭曲变形等情况，符合建模的要求。
2.3控制点采集
依据航空摄影测量的外业作业规范，结合测区的地形和地理要素的分布情况，在测区范围内均匀布设12个控制点。控制点选在地势平坦，视野开阔无遮挡的区域，控制点标识采用喷漆标识，结合道路交叉点、道路标识线等明显地物特征点。控制点采集选用GPS-RTK（实时动态差分GPS）定位技术，坐标系统选择为CGCS2000高斯投影坐标系，其中RTK所测高程为大地高，研究中加入测区的高程异常改正，得到控制点的正常高作为控制点高程数据。此外，进行野外控制点采集时，还应做好点之记，并拍摄各控制点现场图片，方便内业作业人员刺点。
2.4三维建模
本研究采用Bentley旗下的Context Capture软件进行三维建模，Context Capture无须人工干预，通过影像的纹理信息自动匹配生产高精度的三维模型，是当前应用最为广泛的倾斜摄影三维建模软件。三维建模的工作流程是在新建工程后，导入测区的航拍影像，及同平台搭载的POS系统生成的POS文件，自动进行空三解算和加密，空三解算完毕后，导入控制点文件，进行像控刺点，刺点完成后联合控制点再次进行空中三角测量，得到每张影像的精确外方位元素，查看空三测量的精度报告，精度达标后，进行测区三维建模。三维建模的数据格式采用的通用的OSGB和OBJ格式，建模过程中分Tile进行三维建模，切块模式根据测区地形采用规格平面格网切块，Tile大小根据计算机配置，设置为100m，坐标系统设置为CGCS2000 / 3-degree Gauss-Kruger CM 117E，在Context Capture中对王家坝闸测区进行三维建模，得到的模型效果如图1。
将所得到的三维模型场景，加载到Acute3D Viewer三维模型查看器中进行缩放和360°旋转查看，通过目视判断可知，地物的纹理、色彩、形状、空间位置、相对关系等于现场环境一致，模型相对比较完整，各地理要素齐全且无缝衔接。其中上闸体、道路、周围建筑物、场地等要素轮廓和纹理清晰，但是也存在建模效果不甚理想的地理要素。水体一直处于动态变化状态，在建模过程中无法匹配同名点，故存在水体空洞的情况；闸墩等闸体下方的建筑结构，由于航拍角度的限制，无法获取其纹理信息，建模效果较差，建筑建构错误，物理信息缺失，要素没得到很好的表达。这几类要素是水利工程在三维建模过程中常碰到的问题，这些要素较差的表达效果，使得水利工程三维模型的视觉感受达到城区三维模型的效果。
图2 王家坝闸三维模型修饰效果
4 结语
本研究结合DP Modeler进行人工干预，对三维模型进行单体化和修饰，能够有效地改善粗模存在的问题，大大提高水利工程三维模型的展示效果。在接下来的研究中，可考虑进行近景拍摄和激光雷达等多源数据的融入，对机载倾斜摄影数据进行补充，更加完善的表达闸墩、路灯和栏杆等要素，进一步提高水利工程三维建模的自动化程度和三维建模效率。
参考文献
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作者简介：陈齐（1992－），男（汉），安徽蚌埠，硕士研究生，从事遥感与GIS应用方面的研究．
论文作者:陈齐
论文发表刊物:《防护工程》2019年9期
论文发表时间:2019/8/9
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