傾斜攝影與激光雷達(dá)技術(shù)在實景三維測量應(yīng)用中的比較
傾斜攝影和激光雷達(dá)作為兩種最新的三維測量技術(shù)越來越受到關(guān)注?，F(xiàn)在以輸電線路三維測量應(yīng)用為例，對傾斜攝影和激光雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行比較?！ ?/span>
傾斜影像是指由一定傾斜角度的航攝相機(jī)所獲取的影像。傾斜攝影技術(shù)是國際測繪遙感領(lǐng)域近年發(fā)展起來的一項高新技術(shù)，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從垂直、傾斜等不同的角度采集影像，獲取地面物體更為完整準(zhǔn)確的信息。傾斜航空攝影是利用傾斜航空相機(jī)獲取地物信息的一種新型的航空攝影方式。常用的傾斜攝影技術(shù)主要有三相機(jī)和五相機(jī)組合，目前主流方案采用五相機(jī)(也有少數(shù)采用雙相機(jī)或單相機(jī)的方案，但通常以采集效率降低為代價)。在一般傾斜攝影的五相機(jī)方案中，一臺獲取垂直影像，另外四臺從前后左右四個方向同時獲取地物的側(cè)視影像。相機(jī)傾斜角度在40度到60度之間，因此可以較為完整地獲取地物側(cè)面的輪廓和紋理信息。傾斜攝影系統(tǒng)可以搭載在有人飛機(jī)或者無人機(jī)上，可以快速獲取地物三維模型且成像效果好，是大場景三維建模的重要選擇之一?！ ?/span>
傾斜攝影可以獲取具有真實紋理的三維數(shù)據(jù)，適合做大范圍城市三維建模、輸電線路通道建模和一些對精度要求稍低的三維工程測量應(yīng)用。由于傾斜攝影技術(shù)采用可見光進(jìn)行測量，對天氣要求較高，并且對植被下的地形無能為力，對細(xì)小物體(電塔、電力線)的建模能力不足。
機(jī)載激光雷達(dá)(LiDAR)是一種集激光掃描與定位定姿系統(tǒng)于一身的測量裝備，可以高度準(zhǔn)確地定位激光束打在物體上的光斑。LiDAR系統(tǒng)包括激光器和一個接收系統(tǒng)。激光器產(chǎn)生并發(fā)射一束光脈沖，打在物體上并反射回來，最終被接收器所接收。接收器準(zhǔn)確地測量光脈沖從發(fā)射到被反射回的傳播時間。鑒于光速是已知的，傳播時間即可被轉(zhuǎn)換為對距離的測量。結(jié)合激光器的高度，激光掃描角度，就可以準(zhǔn)確地計算出每一個地面光斑的三維坐標(biāo)X，Y，Z。激光雷達(dá)有機(jī)載、車載、地面固定站、和手持等適合不同應(yīng)用場景的設(shè)備類型，近來也有空地一體化微型激光雷達(dá)新技術(shù)產(chǎn)品的一些報道。從近年來在電網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用的情況看，中大型機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)通常會集成一個垂直視角的光學(xué)相機(jī)，用于同步獲取地面影像或者給激光點云著色以達(dá)到更好的視覺效果。激光雷達(dá)技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)外輸電線路應(yīng)用中嶄露頭角，獲得了認(rèn)可?！ ?/span>
激光雷達(dá)具有穿透植被的能力，可以測量植被覆蓋下的地形。同時，激光雷達(dá)獲取的高精度點云數(shù)據(jù)測量精度很高，適合做高精度地形測量與工程勘測、輸電線路及通道三維測量與建模、以及對精度要求很高的工程測量應(yīng)用。但激光雷達(dá)目前仍存在設(shè)備較昂貴。
現(xiàn)在對兩種技術(shù)做了以下對比綜述(紅色代表占優(yōu))：
圖1 傾斜攝影桿塔與變電站建模效果：地表道路效果很好，電力設(shè)施建模效果一般
圖2 傾斜攝影電塔建模效果：桿塔可見，導(dǎo)線缺失，通道樹木建模效果較差
圖3 傾斜攝影電塔建模局部放大效果：塔材缺失/扭曲，絕緣子導(dǎo)線等細(xì)小部件不可見
圖4激光雷達(dá)獲取的電力走廊彩色分類激光點云數(shù)據(jù)：通道、電塔、導(dǎo)線清晰可見
圖5 激光點云數(shù)據(jù)電塔局部放大效果：桿塔結(jié)構(gòu)清晰、絕緣子導(dǎo)線可見
圖6 激光點云數(shù)據(jù)中不同電壓等級線路交叉跨越距離的測量：精確到厘米的跨越距離測量
傾斜攝影和激光雷達(dá)技術(shù)作為三維空間數(shù)據(jù)獲取的新手段，在電網(wǎng)行業(yè)的各種應(yīng)用中有各自的優(yōu)勢和劣勢。結(jié)合對行業(yè)專家的調(diào)研和訪談，結(jié)論如下：
1.激光雷達(dá)技術(shù)在測量精度和電力設(shè)施建模中具有明顯優(yōu)勢，非常適合電力巡檢和“三跨”測量等典型電網(wǎng)應(yīng)用。激光雷達(dá)設(shè)備價格也越來越低，結(jié)合相機(jī)也可以來獲取高真實感可視化效果;
2.傾斜攝影技術(shù)在設(shè)備和三維可視化效果方面具有一定優(yōu)勢，但數(shù)據(jù)處理耗時長成本高，同時在電塔和電力線建模和測量精度方面具有缺陷，在數(shù)據(jù)處理中需要大量人工介入才可以應(yīng)用到電力設(shè)施精準(zhǔn)三維建模和測量中;
3.傾斜攝影與激光雷達(dá)在技術(shù)上具有很強(qiáng)的互補(bǔ)性，未來兩種技術(shù)融合應(yīng)用是一個發(fā)展方向。但目前尚未見到成熟的結(jié)合方案，還需要大量的基礎(chǔ)研究才能真正實現(xiàn)兩種技術(shù)的融合統(tǒng)一，在輸電線路三維實景應(yīng)用中取長補(bǔ)短。
