實景建模技術精度分析及工程應用

趙恩堂，蘇章

（中建三局第一建設工程有限責任公司，武漢430040）

1 引言

通過傾斜攝影技術獲取的實景模型，在城市規劃、環境檢測、應急救災、工程建設等諸多領域都有廣泛應用。實景建模技術綜合運用圖像處理、視覺計算等技術從二維圖像中提取目標的三維空間信息，通過多種手段的綜合應用，最終實現目標的三維重建[1]。本研究通過定量分析，確定航高、主航向及航向間重疊度與實景模型精度的關系曲線。另外，將對實景建模技術在工程中的應用做簡要介紹。

2 試驗條件

2.1 測區情況

測區位置為武漢江夏區普洛斯工業園, 測區面積約70 000m2。在測區內共采集21 個點坐標信息，其中4 個為控制點，其余17 個點作為用于數據對比的測量點。

2.2 試驗設備

本次試驗飛行平臺為大疆M600pro 六旋翼無人機。傾斜相機為大勢智慧雙魚傾斜相機3.0。控制點及測量點通過中海達V30 北斗版GNSS RTK 系統進行量測。

3 數據處理與分析

根據ContextCapture 軟件數據要求，新建工程并導入傾斜相機獲取的2 組影像文件，輸入控制點坐標信息并在部分影像上標記，進行空三計算。完成空三計算，進一步進行模型計算及輸出。在實景模型上提取測量點坐標信息，對比中海達V30 獲取的坐標信息進行對比分析。

3.1 無人機航高對模型精度的影響

無人機航高直接影響照片的地面分辨率，航高越高，分辨率越低，模型精度也會越差。本次試驗共分別采用50m、75m、100m、125m、150m、200m、250m 航高進行試驗，以此研究航高與模型精度之間的關系曲線。主航向重疊度均為80%，航向間重疊度均采用70%。計算算各航高誤差均值，結果如表1 所示。

其中，ΔL為水平面偏差值，計算公式如下式所示：

3.2 照片重疊度對模型精度的影響

照片重疊度越高，模型計算精度應該越高。為獲取照片重疊度與實景模型誤差的關系曲線，固定航高100m，航向間重疊度70%的情況下，對比主航線重疊度分別為50%、60%、70%、80%、90%情況下的實景模型精度。計算各主航向重疊度下的誤差均值，結果如表2 所示。

表1 各航高誤差偏差均值

3.3 控制點密度對模型精度的影響

增加控制點密度將提高實景模型的約束，模型的精度也越高。固定航高100m，主航向重疊度80%，航向間重疊度70%。對于控制點數量，分別采用4、6、8、10 個控制點信息。獲取各情況下的實景模型誤差情況，計算模型在不同控制點密度各控制點的誤差均值，結果如表3 所示。

表3 不同控制點密度各控制點的誤差均值

通過對各個因素進行的實景事情建模精度研究，獲得了實景測量精度與各個要素之間的關系，為實景建模技術應用提供量化控制標準。

主航向及航向間重疊度越高，實景測量精度越高。但相比其他因素，其對實景測量精度的影響最低，但增加重疊度會造成航拍影像的數量急劇增加，嚴重影響模型重建效率。在建模時，適合用于在航高已達到最低、控制點無法增加時，通過增加重疊度來提高實景模型的質量。

無人機航高越高，實景測量精度越低，并且其對實景測量精度的影響最大。在樹木、建筑等遮擋物高度允許的前提下，盡量通過改變無人機航高對實景模型的精度進行控制調節。

控制點密度越高，實景測量精度越高。控制點對實景測量精度控制是必不可少的限制條件，在實景模型高度精度方面，控制點的影響最大。在環境允許的條件下，盡量通過增加控制點的密度來提高實景模型的高程精度[2]。

表2 各主航向重疊度的誤差偏差均值

4 實景模型的工程應用

4.1 工程進度分析

在工程建設中，工程進度控制是工程實施過程中非常重要的一個方面。借助實景模型和BIM 模型可以實現精細化的工程進度管理。通過航拍獲取工程實景模型，通過與BIM 模型的對比分析，可以快速獲取構件級的工程進度狀況，并結合BIM 模型的工程量信息，獲得已完成及未完成的工程量信息。

4.2 三維場地布置

傳統場地布置是通過CAD 圖紙或者三維BIM 模型進行工程的場地布置。三維實景模型具有三維可視化的優勢，可以結合BIM 構件族庫進行實景環境下的場地布置。由于實景模型為現場的真實反映，所得的方案更能反映現場實際，保證方案的可實施性。

4.3 交通分析模擬

將實景模型作為城市模型底層，對工程周邊環境進行交通狀況分析，可以應用于道路改擴建工程中分析道路通行能力，或者在占道施工狀況下預測占道施工方案的可行性，為方案制訂提供一種可視化的分析方法。

5 結語

隨著城市信息化技術的不斷推進，實景技術作為創建城市模型的一種方式，應用范圍將會越來越廣。另外，在工程建設領域，其可以與BIM 技術進行良好的融合應用，具有廣闊的應用前景。