【實景三維重建】實景三維重建在自然保護區勘界中的應用

隨著自然保護地整合優化預案的實施及勘界立標工作的進展，對勘界成果的現勢性和準確性要求日益提高。為解決傳統勘界工作中存在的監測技術落后、工作量繁多、成果界線不精確、邊界不客觀等問題，本文基于無人機傾斜攝影測量技術，結合谷歌地圖和數字正射影像，通過攝影測出和實地測量相結合的方法，實現了滿足精度要求的自然保護地邊界快速識別和提取。

自然保護地對于建設重要自然生態系統、維護生物多樣性、提高自然遺產保存率及改善生態環境質量至關重要。長期以來，我國實行“重數量輕質量”策略，保護地面積和數量不斷獷張，忽略了保護地所面臨的交叉重疊、生態環境境破碎化、土地權屬不清等諸多問題，現實矛盾沖突尖銳，降低了自然資源的保護效率，阻礙了保護地的健康發展。因此，加強自然保護地的勘界立標，為優化整合工作提供準確、可靠的本底數據，有助于推動保護地的規范化建設和精細化管控，促進保護地與周邊區域協調發展，對加強新時代生態文明建設具有重要現實意義。

隨著新型信息觀測技術的發展，無人機傾斜攝影測量通過飛行平臺搭載多角度傳感器，可同時得到地物正射和傾斜方向的真實紋理，獲得更加立體的地理環境信息。相較于傳統航空攝影二維平面觀測的局限和實地勘測成本高、工作量大的限制，傾斜攝影測量擁有高效率的三維模型生產技術，成果更符合人類視覺系統的直觀真實感知，大大提高了地表特征的判讀解譯效率和精度，可提供多種直接的測量手段。因此，被廣泛應用于不動產更新測繪、城市規劃、自然資源勘查和管理等領域。

目前，自然保護地界主要通過人工攜帶RTK或全站儀等裝置進行實地勘測，該種方法在地勢險峻地區勘測阻力較大，難以保證工作的全面覆蓋?；诖?，本文基于傾斜攝影測量技術，結合谷歌地圖和數字正射影像（DOM），獲取測區1 ：500實景三維模型，在兼顧測繪精度要求的同時，以期快速、高效地解決勘界過程中存在的邊界不客觀、不符合實際情況等問題，實現自然保護地邊界的識別 和提取。

1、關鍵技術步驟

利用無人機傾斜攝影測量技術進行自然保護地勘界的流程主要包括像控點布設、傾斜攝影測量平臺設定、飛行航線設計、像控點測址、空三解算、實景三維建模及邊界識別與提取。

1.1、像控點布設

像控點布設作為傾斜攝影測量中不可或缺的基礎步驟，在保證像控點測定幾何精度的同時，低數量、質量還需滿足像片處理和模型精度的要求，確保目標地物在空間系統中的jue對位置，技術流程如下所示。像控點應避免布設在建筑物密集區、可能被基礎設施建設和植被遮擋區域，而應布設在紋理明顯、色彩差異較大的空曠區，如道路交叉點、房前空地等區域。

1.2、傾斜攝影測量系統

無人機傾斜攝影測量是以無人機為飛行平臺、以傾斜攝影相機為傳感器的航空攝影測址系統。對于飛行平臺而言，應著正考慮續航時間、飛行速度、載重、安全性及抗風性等因素；對于傳感器而言，應著重關注其波段數、焦距、POS數據采集能力等主要指標。通過POS采集與相機拍攝的同步設置，z大限度減少了機械延時產生的定位誤差，保證了而動態場景下的影像獲取精度；通過無人機與航攝系統融合的設計使飛行更趨于穩定；通過高精度雙RTK模塊導航定位與精準飛行技術相結合的方式，使航線誤差控制在2cm、定向精度在0.2度以內。

1.4、空三解算

傾斜攝影空三解算時，將機載POS提供的外方位元素視為觀測值引入攝影測量區域網平差中，利用后處理軟件采用統一的數學模型和算法，對多視影像進行自動匹配，獲得同名連接點，構建自由網；在初次空三結果基礎上加入控制點進行聯合平差，可優化精度至1/3像素，通過同名點匹配技術建立影像與模型間的嚴格對應關系，以滿足后續自動化建模精度。當空三運算精度結果中像控點中誤差小于0.03m（小于0.01m效果z佳），殘差滿足限差要求，丟片合理，無分層、斷層、錯位，則認定空三運算滿足質量要求。

2、應用實例

韶關北江特有珍惜魚類省級自然保護區于2006年建立，2008年升格為省級自然保護區，位于廣東省韶關北江水系的武江，總面積為2820hm2，主要保護對象為特有珍稀瀕危魚類及水生生態環境等，屬于內陸濕地和水域生態系統類保護區。

三維建模

項目采用ContextCapture Center軟件，集群調用8組GPU同步運算。通過集成處理POS數據，驗證POS精度并對其姿態角數據進行子午線收斂角補償，解算出精確外方位元素；利用特征匹配算法獲取高精度同名點匹配結果，通過光束法局域網平差實現空中三角測量根據聚簇算法和密集匹配算法初步構建高密度點云數據，依據空三建立的影像間三角關系經由高密度點云構建TIN網格模型；z后經由紋理映射形成實景三維模型，效果真實性強，紋理現勢性好。

結語

本文通過無人機傾斜攝影測量技術實施北江特種珍稀魚類自然保護區勘界工作。試驗表明，該方法具有較好的適用性及實用性，能滿足劃定保護地邊界的勘查及定期測量。其自動化程度高，大大減少了外業工作量成果精度高，模型效果好，可針對特殊區域施行重點監測，彌補了航空、航天遙感的平面觀測缺陷和現場監測技術的不足。

實景三維模型、DOM和DSM等地理信息數據的獲取，推動了自然保護地勘界立標工作的信息化發展，為自然保護地整合優化工作提供了現勢性好和準確的基礎數據，應用前景十分廣闊，易于推廣。無人機傾斜攝影測量是否適用于濕地、森林等高植被覆蓋的自然公園勘界有待進一步研究。此外，如何高效獲取更直觀的三維展示成果、提高無人機續航力及減少數據冗余等問題仍是今后探索的趨勢。

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