激光測繪及傾斜攝影的區(qū)別簡述

..傾斜攝影與激光雷達技術(shù)在實景三維測量應(yīng)用中的比較傾斜攝影和激光雷達作為兩種最新的三維測量技術(shù)越來越受到關(guān)注。現(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技術(shù)進行比較。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確的信息。傾斜航空攝影是利用傾斜航空相機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)主要有三相機和五相機組合,目前主流方案采用五相機<也有少數(shù)采用雙相機或單相機的方案,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或者無人機上,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。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,對細小物體<電塔、電力線>的建模能力不足。二、激光雷達技術(shù)機載激光雷達<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。激光雷達有機載、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,中大型機載激光雷達系統(tǒng)通常會集成一個垂直視角的光學(xué)相機,用于同步獲取地面影像或者給激光點云著色以達到更好的視覺效果。激光雷達技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)外輸電線路應(yīng)用中嶄露頭角,獲得了認可。激光雷達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。但激光雷達目前仍存在設(shè)備較昂貴。三、技術(shù)對比綜述現(xiàn)在對兩種技術(shù)做了以下對比綜述<紅色代表占優(yōu)>：對比科目傾斜攝影激光雷達設(shè)備與數(shù)據(jù)采集測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載機載、手持、車載測量精度較低高天氣時間要求高〔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)合相機效果好電力線三維建模不能或難度極高能"三跨"距離測量不能或精度低精度高凈空區(qū)測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、三維測量中取得成功。下圖是某單位采用旋翼無人機搭載5鏡頭傾斜相機,在120米飛行高度采集并自動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。從自動化建模的效果看,廠房、道路等大場景物體建模效果非常好,但電塔、電力線等細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)線等細小部件不可見2.機載激光雷達技術(shù)在輸電線路巡檢中的應(yīng)用已較為成熟,在國內(nèi)外均有大量案例。由于測量精度高<可以達到厘米級別>,同時可以獲取穿透植被,也可以實現(xiàn)對電線和電塔等細小物體的精確測量和建模。尤其在電力巡檢和"三跨"測量等應(yīng)用中展現(xiàn)出極大的精度優(yōu)勢。下圖是某單位采用無人機搭載激光雷達系統(tǒng),在120米飛行高度獲取彩色激光點云和分類建模數(shù)據(jù),激光點云密度達到110點/平方米。從自動化建模的數(shù)據(jù)效果看,雖然紋理相比傾斜攝影稍低但也有不錯的可視化效果,同時線路弧垂和交叉跨越距離可以準備量測。圖4激光雷達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五、應(yīng)用展望傾斜攝影和激光雷達技術(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。激光雷達設(shè)備價格也越來越低,結(jié)合相機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