【免费下载】近景测量技术在数字城市中的应用

近景摄影测量技术在数字城市中的应用周克勤1周俊召1赵煦1，2（1北京建筑工程学院，北京100044；2武汉大学测绘学院，武汉430079）摘要本文介绍了基于近景摄影测量技术建立数字城市的方式以及实际成果应用现状，并以故宫古代建筑物的数字化测绘和古代建筑遗迹为研究对象，结合激光扫描成像测量技术，探索了一种建立数字城市的新方法。关键词：近景摄影测量数字城市激光扫描1引言近景摄影测量是通过摄影（摄像）和随后的图像处理与摄影测量处理以获得被摄目标形状、大小和运动状态的一门技术。与其它测量手段相比，近景摄影测量的优点在于它兼有非接触性量测手段、不伤及被测物体、信息容量大、易存储、可重复使用等，特别适用于测量具有大批量的目标、躲避危险环境而远离摄影对象等工程。随着计算机技术和数据处理技术的发展，现代近景摄影测量技术已广泛应用于各类建筑工程、机械制造、城市区域规划、医学、生物、古建筑与古文物研究、考古等部门。原则上，凡是可获得其影像的各类目标，都可以使用近景摄影测量的相关技术，以某种精度测定和研究它的形状、大小以及运动参数等。目前，几乎找不到未使用该技术的行业。当前，数字城市和“城市数字化工程”在我国已经步入起步阶段，现代近景摄影测量技术将是其应用技术系列中一个占有重要地位的技术分支。2近景摄影测量技术的发展与特点2.1近景摄影测量技术的发展过程上世纪中期，随着摄影测量由单纯的地形摄影测量扩展到非地形摄影测量，产生了一个新的分支—非地形摄影测量。非地形摄影测量是对非地形目标进行摄影并确定其外形、形态和几何位置的技术。在非地形摄影测量中，通过摄影手段以确定大约100米以内目标的外形和运动状态的学科分支称为近景摄影测量，近景摄影测量的发展，在国际上已有五六十年的历史[冯文灏2002]。2.2近景摄影测量技术主要的特点2.2.1数字近景摄影测量基于传统光学胶片的摄影测量技术，由于处理胶片的步骤繁多以及时间冗长，难以满足现代快速定位、实时质量控制等应用领域的需求。最近十几年，随着固态摄像机和CCD图像传感器以及相应摄影测量系统的出现，实现了数字影像数据从传感器到处理系统之间的快速传输，数字摄影测量技术由此应运而生。数字近景摄影视觉测量是建立在数字成像、图像处理与识别以及精密测量原理基础上的新型工业现场三维精密测量技术，目前该技术在一般工业测量范围内，已能实现工业经纬仪3、管路敷设技术通过管线敷设技术，不仅可以解决吊顶层配置不规范高中资料试卷问题，而且可保障各类管路习题到位。在管路敷设过程中，要加强看护关于管路高中资料试卷连接管口处理高中资料试卷弯扁度固定盒位置.保护层防腐跨接地线弯曲半径标高等，要求技术交底。管线敷设技术中包含线槽、管架等多项方式，为解决高中语文电气课件中管壁薄、接口不严等问题，合理利用管线敷设技术。线缆敷设原则：在分线盒处，当不同电压回路交叉时，应采用金属隔板进行隔开处理；同一线槽内，强电回路须同时切断习题电源，线缆敷设完毕，要进行检查和检测处理。4、电气课件中调试技术对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料试卷相互作用与相互关系，根据生产工艺高中资料试卷要求，对电气设备进行空载与带负荷下高中资料试卷调控试验；对设备进行调整使其在正常工况下与过度工作下都可以正常工作；对于继电保护进行整核对定值，审核与校对图纸，编写复杂设备与装置高中资料试卷调试方案，编写重要设备高中资料试卷试验方案以及系统启动方案；对整套启动过程中高中资料试卷电气设备进行调试工作并且进行过关运行高中资料试卷技术指导。对于调试过程中高中资料试卷技术问题，作为调试人员，需要在事前掌握图纸资料、设备制造厂家出具高中资料试卷试验报告与相关技术资料，并且了解现场设备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。5、电气设备调试高中资料试卷技术电力保护装置调试技术，电力保护高中资料试卷配置技术是指机组在进行继电保护高中资料试卷总体配置时，需要在最大限度内来确保机组高中资料试卷安全，并且尽可能地缩小故障高中资料试卷破坏范围，或者对某些异常高中资料试卷工况进行自动处理，尤其要避免错误高中资料试卷保护装置动作，并且拒绝动作，来避免不必要高中资料试卷突然停机。因此，电力高中资料试卷保护装置调试技术，要求电力保护装置做到准确灵活。对于差动保护装置高中资料试卷调试技术是指发电机一变压器组在发生内部故障时，需要进行外部电源高中资料试卷切除从而采用高中资料试卷主要保护装置。项目资助：课题受北京市教委科技发展计划基金资助，编号KM200410016011。系统和激光干涉跟踪测量系统类似的测量精度，而测量自动化水平大大提高，呈现良好的应用前景。近年来，数字成像器件和以计算机为基础的图像处理系统性能迅速提高，成本下降，使数字近景摄影视觉测量更具发展潜力。同时，数字摄影测量技术通过与GPS/INS等进行多传感器集成，快速采集目标表面三维信息，并自动或半自动生成DOM、等值线图等，在道路测量等领域初步实现了数字摄影测量的实时化。2.2.2三维激光扫描技术三维激光影像扫描技术是上世纪九十年代中期开始出现的一项高新技术，是继GPS空间定位系统之后又一项测绘技术新突破。它通过高速激光扫描测量的方法，以被测对象的采样点（离散点）集合—称之为“点云”的形式获取物体或地形表面的阵列式几何图像数据。可以快速、大量的采集空间点位信息，为快速建立物体的三维影像模型提供了一种全新的技术手段。三维激光影像扫描技术又称“实景复制技术”，它可以深入到任何复杂的现场环境中进行扫描操作，并直接将各种实体的三维数据完整的采集到电脑中，进而快速重构出目标的三维模型及线、面、体、空间等各种制图数据。同时，它所采集的三维激光点云数据还可进行各种后处理工作（如：测绘、计量、分析、仿真、模拟、展示、监测、虚拟现实等）。所有采集的三维点云数据及三维建模数据都可以通过标准接口格式转换给各种工程软件直接使用。三维激光影像扫描仪小型便捷、精确高效、安全稳定、可操作性强，能在几分钟内对所感兴趣的区域建立详尽准确的三维立体影像，提供准确的定量分析。可以广泛应用于各行各业，如：快速建立城市模型、古建测量与文物保护、逆向工程应用、复杂建筑物施工、地质研究、建筑物形变监测以及在安全方面的应用等。2.3现代技术的应用特点在进行三维建模数据的采集工作中，数字近景摄影测量技术数据量小，能够真实表达物体表面的纹理信息，在特征点的选取上相对较灵活，但其数据采集效率低，在控制点稀疏区域影像模型精度较差；三维激光影像扫描仪以空间点云数据的形式快速获得物体表面的精确几何信息，但是在物体复杂部位表面采集到的点云数据存在着较多的空洞现象（尤其在古建筑表面），仅采用三维激光影像扫描仪采集的数据信息将不可避免的存在工程中称为死角的地方[尚涛2006]，同时激光点云数据缺乏符合人体视觉习惯的纹理信息。因此，在物体三维数据采集过程中将数字摄影测量技术与地面激光扫描成像技术的研究成果结合起来，从而准确快速地获取目标空间信息是现代近景摄影测量技术的一个重要应用特点。3近景测量技术在数字城市中的主要应用3.1、制作城市建筑三维模型城市三维景观模型作为城市GIS的重要组成部分，在城市发展规划、城市景观建筑评估、建筑设计等领域具有广阔的应用前景，如城市规划中的建筑物景观模拟、地下管线的设计与三维显示等。利用现代近景摄影测量技术建立城市建筑三维景观模型的主要方法有两种：一是直接利用传统GIS中的二维线划数据及相应的高度属性进行三维建模，利用摄影经纬仪或数码相机获取各建筑物的表面纹理，最后利用相应的图像处理软件粘贴表面纹理。二是利用三维激光扫描系统对目标进行多角度扫描，直接得到目标物局部的三维点云数据，经过拼接3、管路敷设技术通过管线敷设技术，不仅可以解决吊顶层配置不规范高中资料试卷问题，而且可保障各类管路习题到位。在管路敷设过程中，要加强看护关于管路高中资料试卷连接管口处理高中资料试卷弯扁度固定盒位置.保护层防腐跨接地线弯曲半径标高等，要求技术交底。管线敷设技术中包含线槽、管架等多项方式，为解决高中语文电气课件中管壁薄、接口不严等问题，合理利用管线敷设技术。线缆敷设原则：在分线盒处，当不同电压回路交叉时，应采用金属隔板进行隔开处理；同一线槽内，强电回路须同时切断习题电源，线缆敷设完毕，要进行检查和检测处理。4、电气课件中调试技术对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料试卷相互作用与相互关系，根据生产工艺高中资料试卷要求，对电气设备进行空载与带负荷下高中资料试卷调控试验；对设备进行调整使其在正常工况下与过度工作下都可以正常工作；对于继电保护进行整核对定值，审核与校对图纸，编写复杂设备与装置高中资料试卷调试方案，编写重要设备高中资料试卷试验方案以及系统启动方案；对整套启动过程中高中资料试卷电气设备进行调试工作并且进行过关运行高中资料试卷技术指导。对于调试过程中高中资料试卷技术问题，作为调试人员，需要在事前掌握图纸资料、设备制造厂家出具高中资料试卷试验报告与相关技术资料，并且了解现场设备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。5、电气设备调试高中资料试卷技术电力保护装置调试技术，电力保护高中资料试卷配置技术是指机组在进行继电保护高中资料试卷总体配置时，需要在最大限度内来确保机组高中资料试卷安全，并且尽可能地缩小故障高中资料试卷破坏范围，或者对某些异常高中资料试卷工况进行自动处理，尤其要避免错误高中资料试卷保护装置动作，并且拒绝动作，来避免不必要高中资料试卷突然停机。因此，电力高中资料试卷保护装置调试技术，要求电力保护装置做到准确灵活。对于差动保护装置高中资料试卷调试技术是指发电机一变压器组在发生内部故障时，需要进行外部电源高中资料试卷切除从而采用高中资料试卷主要保护装置。处理得到目标物的三维点云模型，利用系统本身所带的同轴CCD相机得到目标物的纹理信息，经过图像粘贴处理即可得到目标物真实的三维景观模型。利用第二种方法，通过数据处理，还可以得到目标物的彩色点云模型。3.2大型古代建筑物的精密测绘和古代遗址测绘测绘是对历史建筑现状记录的方法之一。通过对建筑进行测量，然后以一系列图纸予以表达，这些图纸基本上是二维平面、立面、剖面和依然是绘于二维图纸上的轴册、透视图。在图纸的绘制过程中，会根据建筑的建造规律，对实际测量数据进行简化和归纳，绘制出由现状得出的建筑设计图。在完成的图纸上，建筑的一些实际偏差如变形、缺损、加工差异等被人为纠正。这样的测绘被称为“法式测绘”，即按照营造法式绘制理想状态的建筑图。法式测绘对于相对按照法式建造的官方宫殿类建筑比较有效，往往可以通过测量几个关键尺寸，就可以依照法式推算出其它相关尺寸，从而绘制出图。甚至于“量一个柱础就可以绘制整个大殿”。然而，法式测绘对于大量民间地方历史建筑遗存是很难适用的。这类建筑具有明显的地域特色和丰富的变化创造。测绘时没有法式可依，利用建筑测量手段只能逐一测量记录，稍有疏漏就难以完整表达。另外，古建筑一般都经历了成百上千年的历史，由于自然和人为的破坏，亟待保护和修缮。传统的古建筑测量方法很难精确测量建筑整体结构状况，如柱子和梁的倾斜、梁和枋的弯曲度、梁架的整体倾斜和沉降等。利用现代近景摄影测量手段可以较好地解决这类问题。在对名胜古迹和古代建筑物的测绘与保护中，引入三维激光影像扫描技术，能对相应的构筑物进行数字化处理，这对构筑物的保护及修复等具有重要意义。作为一种全新的测绘技术，它具有许多新的特性及功能，研究该项技术和其他测绘技术间的差异，可以拓展这些新特性及功能的应用范围，如考古与遗址测绘、古迹保护与古代建筑的变形测量、文物修复和克隆、现场保护性数字影像记录、负载分析与安全监测等方面的应用。3.3工业现场视觉精密测量近年来，制造技术获得了很大进步，对精密测量技术提出了新的要求。可