激光測(cè)繪及傾斜攝影的區(qū)別簡(jiǎn)述

..傾斜攝影與激光雷達(dá)技術(shù)在實(shí)景三維測(cè)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(cè)量技術(shù)越來越受到關(guān)注。現(xiàn)在以輸電線路三維測(cè)量應(yīng)用為例,對(duì)傾斜攝影和激光雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行比較。一、傾斜攝影技術(shù)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(guó)際測(cè)繪遙感領(lǐng)域近年發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù),通過在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)傳感器,同時(shí)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(jià)>。在一般傾斜攝影的五相機(jī)方案中,一臺(tái)獲取垂直影像,另外四臺(tái)從前后左右四個(gè)方向同時(shí)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(chǎng)景三維建模的重要選擇之一。傾斜攝影可以獲取具有真實(shí)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(duì)精度要求稍低的三維工程測(cè)量應(yīng)用。由于傾斜攝影技術(shù)采用可見光進(jìn)行測(cè)量,對(duì)天氣要求較高,并且對(duì)植被下的地形無能為力,對(duì)細(xì)小物體<電塔、電力線>的建模能力不足。二、激光雷達(dá)技術(shù)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(cè)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(gè)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(cè)量光脈沖從發(fā)射到被反射回的傳播時(shí)間。鑒于光速是已知的,傳播時(shí)間即可被轉(zhuǎn)換為對(duì)距離的測(cè)量。結(jié)合激光器的高度,激光掃描角度,就可以準(zhǔn)確地計(jì)算出每一個(gè)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(chǎng)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(bào)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(huì)集成一個(gè)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(diǎn)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(guó)內(nèi)外輸電線路應(yīng)用中嶄露頭角,獲得了認(rèn)可。激光雷達(dá)具有穿透植被的能力,可以測(cè)量植被覆蓋下的地形。同時(shí),激光雷達(dá)獲取的高精度點(diǎn)云數(shù)據(jù)測(cè)量精度很高,適合做高精度地形測(cè)量與工程勘測(cè)、輸電線路及通道三維測(cè)量與建模、以及對(duì)精度要求很高的工程測(cè)量應(yīng)用。但激光雷達(dá)目前仍存在設(shè)備較昂貴。三、技術(shù)對(duì)比綜述現(xiàn)在對(duì)兩種技術(shù)做了以下對(duì)比綜述<紅色代表占優(yōu)>：對(duì)比科目?jī)A斜攝影激光雷達(dá)設(shè)備與數(shù)據(jù)采集測(cè)量手段可見光激光數(shù)據(jù)采集效率低〔要求60~80%的航帶重疊率,需要重復(fù)飛高〔需要10%左右的航帶重疊,單次飛行即可采集方式機(jī)載機(jī)載、手持、車載測(cè)量精度較低高天氣時(shí)間要求高〔低能見度天氣不能用低〔大多數(shù)天氣可用,大霧、大霾、沙暴等天氣不可用數(shù)據(jù)處理軟件價(jià)格高較低數(shù)據(jù)處理速度慢較快顏色紋理好需要結(jié)合相機(jī)三維可視化效果好較好行業(yè)應(yīng)用通道三維可視化可視化效果好結(jié)合相機(jī)效果好電力線三維建模不能或難度極高能"三跨"距離測(cè)量不能或精度低精度高凈空區(qū)測(cè)量不能能樹障分析精度低精度高四、案例效果1.在電力行業(yè)應(yīng)用中,傾斜攝影已經(jīng)展現(xiàn)出了一定的應(yīng)用潛力,但目前尚未能在電力巡檢、三維測(cè)量中取得成功。下圖是某單位采用旋翼無人機(jī)搭載5鏡頭傾斜相機(jī),在120米飛行高度采集并自動(dòng)完成建模的輸電線路和變電站數(shù)據(jù)。由于傾斜攝影數(shù)據(jù)采集需要航帶重疊<60-80%>,需要多次飛行才能獲取電力走廊三維數(shù)據(jù),因此采集效率稍低。從自動(dòng)化建模的效果看,廠房、道路等大場(chǎng)景物體建模效果非常好,但電塔、電力線等細(xì)小物體的建模效果不佳,桿塔出現(xiàn)扭曲,電力線丟失無法建模<如下圖所示>。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2.機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)在輸電線路巡檢中的應(yīng)用已較為成熟,在國(guó)內(nèi)外均有大量案例。由于測(cè)量精度高<可以達(dá)到厘米級(jí)別>,同時(shí)可以獲取穿透植被,也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電線和電塔等細(xì)小物體的精確測(cè)量和建模。尤其在電力巡檢和"三跨"測(cè)量等應(yīng)用中展現(xiàn)出極大的精度優(yōu)勢(shì)。下圖是某單位采用無人機(jī)搭載激光雷達(dá)系統(tǒng),在120米飛行高度獲取彩色激光點(diǎn)云和分類建模數(shù)據(jù),激光點(diǎn)云密度達(dá)到110點(diǎn)/平方米。從自動(dòng)化建模的數(shù)據(jù)效果看,雖然紋理相比傾斜攝影稍低但也有不錯(cuò)的可視化效果,同時(shí)線路弧垂和交叉跨越距離可以準(zhǔn)備量測(cè)。圖4激光雷達(dá)獲取的電力走廊彩色分類激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)：通道、電塔、導(dǎo)線清晰可見圖5激光點(diǎn)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(diǎn)云數(shù)據(jù)中不同電壓等級(jí)線路交叉跨越距離的測(cè)量：精確到厘米的跨越距離測(cè)量五、應(yīng)用展望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(shì)和劣勢(shì)。結(jié)合對(duì)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(cè)量精度和電力設(shè)施建模中具有明顯優(yōu)勢(shì),非常適合電力巡檢和"三跨"測(cè)量等典型電網(wǎng)應(yīng)用。激光雷達(dá)設(shè)備價(jià)格也越來越低,結(jié)合相機(jī)也可以來獲取高真實(shí)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(shì),但數(shù)據(jù)處理耗時(shí)長(zhǎng)成本高,同時(shí)在電塔和電力線建模和測(cè)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