基于航测与遥感技术三维建模的探讨与应用

■冯雪

（青海省第二测绘院青海西宁810001）

基于航测与遥感技术三维建模的探讨与应用

■冯雪

（青海省第二测绘院青海西宁810001）

本文主要分析当前使用最广泛的3S技术与4D产品在各行业中的使用现状与发展的背景，根据数据采集与数据处理到应用的各个方面来阐述4D产品的生产流程与特点，提出基于4D技术与4D产品的三维建模的技术探讨与个人心得，并简单介绍使用前景。

航测 遥感技术 三维建模 激光雷达

在21世纪，人们对地球家园提出了非常符合时代的新概念，比如数字地球，数字城市。对与这些新概念的研究得益于20世纪中地球空间信息技术突飞猛进的结果。人们从无纸化的办公、设计到可以使用二维数据为主的数字水利的GIS应用系统，将水利工程的建设与管理抬上了一个新的台阶。进入21世纪，信息技术日新月异，二维数据的应用已经不能满足各行业中的数据表现。表现更直观的三维空间数据成为一种崭新的数据表达方式，并带来了一个全新的核心数据，4D产品。

1　4D技术的应用现状

数字高程模型、数字正射影像图、数字栅格地图与数字线划地图，因为这四种技术的英文拼写分别是DEM,DOM,DRG,DLG,开头的字母都是D，因此将这四种技术以及与之相关的部分技术称之为4D技术。进入新世纪之后，4D技术在社会的各个领域中的使用越来越广泛，尤其是水利工程领域，DRG与DLG的产品已经非常普及，为平面设计与制图提供了不可或缺的资料。因为受到一些专业技术条件的限制，DOM与DEM没能得到更广泛的使用，主要的原因有以下三个方面：因为DEM与DOM的数据需要特定的数据格式，所以对它们的使用需要借助专业的软件；目前市场上的CAD软件只是强调设计图纸的生成而不关注数字影响的使用；DEM与DOM在实际的使用过程中会牵扯到大规模地形可视化的问题。这是这两项技术目前使用受限的几个原因。

2　4D技术数据采集的主要方式

4D技术的三维建模主要分为三部分，分别是数据采集、数据处理与数据使用。生成4D产品，最主要的是数据的采集，当前使用的方式主要有飞机航空摄影，低空无人机摄影，倾斜航空摄影，LiDAR激光扫描与航天遥感技术。

飞机航空摄影是把在飞机上安装摄像机，飞机起飞之后对地面进行拍摄，在拍摄的时候飞机需要预先设置好航线，相邻的影像必须控制一个重叠度，必须保证在百分之六十之内。航空摄影采用的是一种大幅面的摄像机，称之为航空摄影机，摄像的副面可以达到230乘以230毫米。而近些年来随着科技的进步，飞机摄影设备添加了一些新的成员，比如机载SAR、GPS、POS等先进设备。

无人机摄影是将无人飞行器作为遥感平台，搭载遥感传感器，取得对地面观测的相关信息，其中包括固定翼无人机，旋翼无人机、无人飞艇等，统称为无人机。UAV遥感又称无人机遥感，获取空间数据信息的重要的重要的一种方式，具有如下的优势：续航时间长，影像可以实时传输，可以对高危地区进行探测、成本低、机动性强，是对卫星遥感与有人机遥感的有利的补充工具。

倾斜航空摄影是近几年在国际测绘领域发展起来的一种新技术，它改变了传统的影响获取都是通过垂直角度拍摄的局限，它可以通过在飞行器中搭载多种传感器，可以实现同时从一个垂直面与四个倾斜面的五种不同的角度来采集数据，将用户引入到符合人眼视觉的真实世界中。

LiDAR是激光雷达的英文缩写，也是激光扫描与探测系统的简称。此项技术最早是西方一些发达国家为了应对海图与港口和海湾测量的特殊需要而开发的技术，到现在经过三十多年的发展技术才趋向成熟。目前这项技术分为两大类，分别是机载系统与地面系统，按照使用的功能进行划分，机载系统还可以分成获取地面三维信息的系统与获取水下地形与海道测量的系统。

航天遥感也称为卫星遥感，是不直接接触目标，在距离目标几千米甚至更高的高度的飞机、飞船或者卫星上，通过传感器接受地面物体反射或者发射的电磁信号，使用图像胶片或者数据磁带进行记录，然后传送到地面，经过一系列的信息处理与判读分析，最终形成能够服务与资源探测的文件。

3　三维建模的主要技术研究

使用4D技术与4D产品的三维建模与根据所见所得的三维空间数据进行规划与设计成为科技发展的必然趋势，为了能够使4D产品在各行业中得到广泛的使用，将高精度的DEM与大规模的高分辨卫星影像应用到各行业中的规划设计中，结合地理信息技术与三维建模技术，建立真实感的地形基础，直接对DEM与DOM数据进行分析计算与处理。完成这项目标需要如下三步：建立数模；DEM计算；建立真实感地形。

数模来源于DEM数据，使用DSDTF-DEM，这是我国国家标准的地球空间数据交换格式，后缀名为.dem。以这种方式定义的DEM在空间中以矩形块的方式存在，而一般的公路线路经过的数据不需要这么大的矩形块，它们则以更小的矩形块进行模拟。DEM计算是在DEM文件上建立数模，使用双曲抛物面内插法快速获取数字高程，自动获取路线中线地面高程、路线地面横断面的数据，这些数据可以支持其他CAD设计软件，可以进行方案设计与数量计算等操作。数模的处理有实时性的特点，只要给出坐标，高程便可以立即批量输出，能够满足规划设计中更多方案比选的要求。真实感觉地形是计算机图形学上研究很久的问题，主要包括LOD算法、BSP算法等。在叠加高分辨率的影响之后算法变得尤其重要。综合工程模型的特殊要求，可以使用路线边界约束算法，三角网算法，多分辨率地形等主流技术来完成大规模地形的快速建立与实时观看。广东省台山鸡笼山风电场就是真实地形的一个最形象的实例，采用的就是三维建模的技术。

4　结语

航测与遥感技术的三维建模已经在城市管理、水利水电、公路铁路的规划以及国土部门的规划方案中得到了广泛的运用，并且取得了良好的效果，这足以证明，此项技术的使用是有着非常良好前景的。在现在或者是不远的将来，我们会看到大范围的项目，对精度要求不高的工程，可以使用航天遥感来采集数据；而小范围内，要求高程精度不高的可以使用低空无人机采集数据；对于城市建设的三维建模则可以使用倾斜摄影测量或者是激光雷达的方法采集数据；对于范围广，精度要求高的工程，使用激光雷达方法采集数据也是不错的选择。

[1]韩志晟.浅谈无人机低空摄影测量在南水北调工程中的应用 [J].数字通信世界，2011（2）.

[2]国家测绘局职业技能鉴定指导中心.注册测绘师资格考试辅导教材 [M]北京：测绘出版社，2009.

[3]孙红菊.航空摄影测量数字化测图采集方法探析 [J].中国地名，2011（2）.

P2[文献码]B

1000-405X（2016）-7-187-1