航测遥感_基于航测遥感技术的虚拟三维数字管道系统
摘要:本文主要介绍了虚拟三维数字管道系统实现的过程,并通过分析几种常用的DEM和DOM获取方法,重点研究了如何利用航测遥感技术建立虚拟三维数字管道系统,最后通过对卫星遥感、摄影测量、Lidar等多种方法进行了比较,对不同的需求采用不同的方法建立虚拟三维数字管道系统。
关键词: 数字管道 DEM DOM 航测遥感 虚拟现实
1 引言
随着数字地球、数字城市基础框架的实施,为了满足信息化时代的要求,数字油田应运而生,数字油田的实施对油田的勘探、规划、设计、施工等都显得尤为重要,尤其是随着GPS技术、摄影测量技术、遥感技术以及激光雷达技术等测绘新技术的高速发展,这些新技术都为数字油田的建设提供了有力地支撑,数字油田建设中的一个重要内容就是空间地理信息的可视化,虚拟三维数字管道是其中内容之一,虚拟三维数字管道就是通过虚拟现实技术模拟真实管道周围的地形地貌,并可以漫游实现管道的实时查询。虚拟三维数字管道就是信息化的管道,是一个完整的管道信息模型。它把有关管道上每一点的所有信息,按地理坐标加以整理,然后构成整条管道的信息模型。通过它可以快速、形象、完整地了解管道上任何一点及任何方面的信息。但必须要有三维模型,要建立三维模型必须要有DEM和DOM。
本文主要研究通过航测遥感技术获取DEM和DOM,DEM主要获取管道周边地形的高程信息,DOM主要获取地形的纹理信息,最后通过DEM与DOM叠加使所建立的三维模型具有立体、多角度可视化的效果,为虚拟三维数字管道模型的建立奠定基础。
虚拟三维数字管道实际上就是三维景观的可视化,它易于解译,这是具有大地坐标的三维景观,能确定对象间的空间关系,在事件发生前模拟或者预演,更易于决策,不需要到实地去就可以到真实的环境中浏览。
2 三维数字管道模型的建立
虚拟三维数字管道就是建立真实管道地形环境的三维模型,并可以顺着不同的方向和角度更详细的了解管道周边的地物和地形地貌,方便施工、规划以及应急事件的处理等,虚拟三维数字管道系统对数字油田建设有着重要的意义。三维数字管道模型的建立主要需要数字高程模型和数字正射影像图。
目前,数字高程模型的获取方法主要有四种:野外人工测量、立体摄影测量和激光雷达(LIDAR)。综合分析上述三种DEM获取方法,野外人工测量效率太低,不适宜采集大面积的DEM数据;立体摄影测量是目前用得最普遍的获取DEM的方法,它适用于对DEM精度要求较高的,而且又采用摄影测量方法进行测量的项目;LIDAR能快速获取高精度的DEM,但成本也相当高。
数字正射影像图的获取方法目前还只能通过航空摄影测量和遥感的方式获取。数字正射影像图是带有地理坐标的影像,它不同于普通的像片,是经过辐射纠正和几何纠正后得到从中心投影向正射投影转变的影像。
三维数字管道模型建立采用的是相同坐标系下数字高程模型 (DEM)和正射影像图(DOM)叠加的方法,对于不同精度要求的项目,我们可以采用航空摄影测量、遥感以及机载LIDAR的方式获取DEM和DOM。
对于长距离的管道工程,由于要求的精度较高,且一般都需要出数字线划图,只有采用航空摄影测量的方法才能达到测绘大比例尺地形图的要求,我们就可以充分利用航空摄影测量能得到的一系列信息量更丰富的产品。通过采集的线划图,我们可以得到DEM信息,同样也可以生成正射影像图。
随着高分辨率传感器的发展,通过QuickBird、WorldView Ⅰ、WorldView Ⅱ等高分辨率的卫星遥感影像,经过几何纠正和图像处理后得到精度较高的地形纹理信息,然后通过卫星遥感影像的立体像对在数字摄影测量系统上采集,获取DEM信息,我们也可以直接从测绘局购买相应区域的DEM,这种方法比较适合大面积的区域的三维建模,但目前DEM的精度已经能达到1:5000的要求,对精度要求不高的项目可以采用。
近几年来,三维激光扫描技术快速发展,克服了传统航空摄影测量高程精度较差的缺点,通过机载LIDAR进行航空摄影测量,能快速获取高精度的DEM数据,同时拍摄影像,这种方法精度非常高,速度也非常快,特别适合于地物相对较多的城市的三维建模,但这种方法费用也相对较高。
通过上述方法得到DEM和DOM后,使用ERDAS遥感图像处理软件的VirtualGIS功能模块能快速建立三维数字管道周围地形的三维可视化模型,并使人们能在真实的虚拟地理环境中进行交互处理,显示和查询多层栅格图像、矢量图形和注记数据。
在AutoCAD或MicroStation中按管线中线桩绘制管线走向图,通过ArcGIS或者ERDAS转换成ERDAS能识别的Arc Coverage文件,管线的中线桩号转换成Annotation文件。通过VirtualGIS加载数字高程模型,设置投影信息,同时加载正射影像图,这样就能显示管线周边的地形地貌,为了显示管线走向及转点号,加载管线走向图的Arc Coverage文件和中线桩号的Annotation文件。在VirtualGIS中设置管线漫游的路径、观察的视角、背景颜色等。在这个虚拟三维数字管道系统中,我们可以从任意视角进行观察,还可以读取坐标信息等,通过这个虚拟三维数字管道系统,可以对洪水淹没以及地质灾害等进行分析,对后期管线的规划、设计、维护以及数字油田的建立都非常有意义。
3 结语
在目前的虚拟三维现实系统中,三维建模基本都是采用DEM和DOM叠加获得三维模型,主要是由于DEM和DOM获取方法的不同而有所区别,对于大面积的区域,如果要求精度不高,我们可以采用卫星遥感影像和通过立体采集的DEM;而对于精度要求较高的区域,需采用摄影测量的方法获取DEM和DOM,该方法生成的产品精度高,但成本也较高;随着激光雷达技术(Lidar)和高分辨率卫星影像的出现,我们可以直接利用Lidar直接获取DEM,该方法是一种新型的获取三维模型的方法,它通过发射大量的激光束,得到模型表面的“点云”,再使用专门的软件由“点云”生成三维模型,该方法简单、测量速度快,且具有实时处理能力,在获取DEM的同时,我们可以同步获取影像图,该方法是目前最快也是精度最高的获取DEM和DOM的方法,但使用LIDAR的费用也是最高的,适合于对精度要求非常的项目的建模,主要还是城市等地物相对密集区,不适合采用常规方法进行测量。随着高分辨率传感器的出现,通过QuickBird、WorldView Ⅰ、WorldView Ⅱ等卫星获取高分辨率的影像以及立体像对,也能满足1:5000比例尺的要求。随着测绘新技术和计算机技术的快速发展,建模方法也会越来越多,对不同的需求,应采用不同的建模方法。
参考文献:
[1] 张俊霞.三维地形可视化及其实时显示方法概论[J].北京测绘,2001年02期.
[2] 谭兵.基于遥感影像的地形三维重建技术的研究[D].解放军信息工程大学,2001年.
[3] 官云兰,周世健,张明等.基于ERDAS IMAGINE的城市三维景观构建.《江西科学》,2007年第25卷第4期.
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