無人機傾斜攝影技術在工程中的應用

劉冬冬，李駿逸，宦小松，游新興，陳益超

（1.中建三局集團有限公司西南分公司，四川 成都 610041；2.四川良友建設咨詢有限公司，四川 成都 610095）

0 引言

傾斜攝影測量技術是近幾年來迅速發展起來的1項高新技術。它將傳統垂直拍攝的正射影像，改變為利用無人機采集同一事物的前、后、左、右、垂直5個影像，再通過軟件合成，形成更直觀真實的模型。如今的工程建設領域測量仍依賴勞動強度大的人工作業模式，速度慢、效率低，無人機傾斜攝影技術無疑給當下工程建設發展提供了新思路。無人機傾斜攝影具有低成本與高機動性的優勢，利用先進的數字化攝影測量技術、定位技術、GIS技術，使信息采集和監測工作不受人員、交通條件的限制，實現了對建設目標與空間位置的全方位信息捕捉。本文圍繞無人機傾斜攝影技術在工程建設中的應用，研究傾斜攝影技術、實景建模技術、土方測量技術等，為工程建設行業多維度信息化、數字化發展提供助力。

1 傾斜攝影技術在實際工程項目中的應用

在工程設計階段，通過傾斜攝影技術得到真實還原現場環境的三維實景模型，能更好地開展設計施工，該模型清晰、完整、真實地將項目展示給觀眾，對區域內的房屋、道路、配套等進行高精度建模還原，將其位置關系完美地展示。

在施工階段，利用傾斜攝影技術能夠準確地掌握現場情況，配合其他設備，可更智能、輕松、高效地完成項目管理，實時地對進度、人員、安全等方面進行管理和掌控。通過傾斜攝影中的測量功能，能在減少人力成本的情況下準確獲得測量數據，實現長度、面積、體積等測繪。該技術目前可應用于土方測量、誤差比對等工作。無人機傾斜攝影測量技術，所展現的三維立體實景的精細數據可高效地拍攝記錄攝影時的細節和每個瞬間，它所要研究的地區地面畫面的每個角度所展現的畫面信息和三維立體坐標數據極重要。

1）無人機傾斜攝影測量技術具有高效率、超高分辨率、超高精準度、超高性價比等獲取影像的優勢。

2）可準確、真實地展現需要研究地區的地上房屋和周邊環境的具體情況，彌補對正射影像的漏洞。

3）三維實景模型有著勻色良性，擴展攝影測量的數據。

4）無人機傾斜攝影測量技術可對目標的側面紋理進行數據采集，建設三維城市建模成本。

5）對比正射影像展示的GIS三維數據，無人機傾斜攝影測量技術所拍攝的三維實景模型的數據比較小，更方便研究和傳播。

1.1 傾斜攝影技術的進度管理應用

傾斜攝影技術為施工進度管理提供巨大助力，在降低人力成本的同時，通過對在建項目的航拍，準確、真實地反映進度情況。配合720云等軟件，生成操作便捷的模型二維碼，讓部分無法在現場的參建人員如同身臨其境地掌握現場情況。隨著5G時代的到來，還能實現無人機對在建項目的實時直播。以某在建項目為例，項目分為2個地塊，距離約為1km。通過無人機航拍，減少了往返于兩項目之間記錄進度的工作。當不在現場的業主急切地希望掌握兩項目支吊架拆裝情況時，通過無人機航拍，生成二維碼，讓業主全方位準確掌握現場情況，指導現場工作。

1.2 傾斜攝影技術在市政規劃中的應用

傾斜攝影技術在市政規劃中也能起到重要作用。眾所周知，市政道路項目跨度長、地形多變，采用常規測繪手段耗時長且人力成本高，而使用傾斜攝影技術便能輕松高效地解決這一問題。以在建項目成德大道為例，項目為跨度30km的城際快速通道擴建，項目難點在于橫跨多條主要干道及繞城高速、鐵路、河流等，通過常規的測繪手法很難對項目現場情況準確地掌握，采用無人機傾斜攝影測量技術則順利地解決了許多問題。如項目道路擴建涉及路邊鳳凰山音樂廣場拆遷工作，通過無人機傾斜攝影模型制作，精準定位規劃道路與音樂廣場的位置關系，輔助方案設計單位調整、驗證方案的可行性，極大降低了項目返工的風險。

此外，在項目難點金芙蓉大橋的方案設計中，通過傾斜攝影模型確定了鐵路、河流和熊貓大道的位置關系，并結合當前方案的實景建模分析認為，如按照當前方案施工，對周邊環境及道路的遷改工作較為復雜。為此，召開專題方案討論會，最終修改設計方案，在項目降低成本的同時，滿足了車流量的需求。

傾斜攝影模型結合BIM技術，對項目具有重要作用。隨著交通量日益增長，地鐵成為當下最常見的交通出行方式，而地鐵項目大多是在現有道路、老城區等人流、車流壓力較大的路段施工。傾斜攝影技術對現場精確還原，對實地現場情況做到可視化測量、展示、規劃和設計。在項目初設階段，通過實景三維建模還原選址現場，把場地布置或建筑設計方案與傾斜攝影模型融合，進行方案比選和規劃。再通過BIM錄入參數化的相關數據信息，進行選址現場模擬分析，實現選址現場的可視化展示。在項目施工初始階段，通過傾斜攝影模型結合BIM建模，可根據現場施工情況制作完整的施工模擬，在工程設計階段規避施工中可能遇到的風險，在施工進行階段，通過傾斜攝影模型與BIM結合，實時展現項目施工進度，做到鳥瞰全景、胸有全局，隨時隨地三維可視化監控工程進度，并提前發現問題，保證項目在工期內順利完成。

1.3 傾斜攝影技術的土方平衡工程量計算應用研究

1.3.1 技術可行性論證

傳統的土方量計算有方格網法、三角網法、斷面法3種。其中三角網法用于地形起伏變化較大的面狀工程中，其計算精度與野外采點質量有直接關系。傾斜攝影測量的土方量方法計算普遍適用于各種地形和工程項目，其基本計算原理與三角網法計算方法相同，計算精度可靠，計算結果受測量方法和計算方法影響小。因此，通過將傾斜攝影、BIM技術用于土石方平衡計算，以達到土石方工程量的精確計算和項目投資成本的有效管控。

1.3.2 應用流程及內容

對課題研究目的進行分解，確定研究內容，并針對不同研究內容選擇合適、科學的研究方法，是課題研究目標實現的關鍵。

1）數據采集研究方法 研究無人機傾斜攝影方式方法，包括無人機航拍方式選擇、拍攝參數設置、飛行路徑設計、航拍環境研究等。

2）精確實景模型創建研究方法 包括航拍數據處理平臺選擇、平臺配置及功能、空三數據處理工作流、模型生成及模型精度的驗證及數據處理方法修正的研究。

3）土石方工程量計算研究方法 結合土石方開挖方案，基于實景航拍模型進行基坑填方、挖方工程量的精確計算。

4）應用案例分析 傾斜攝影技術還可運用于施工總土方平衡算量。土方計算因受計算規則和人員因素影響較大，一直被視為難以準確計算的工程量之一。通過軟件平臺與實際工程情況對比，驗證了傾斜攝影技術得到的長度、面積、容積的真實性。結合項目情況，可大量運用于項目運作中。

以測量項目圍擋為例，模型測量高度為5.95m，而圖紙實際高度為6.00m，偏差率為8.00%。

以售樓部別墅樣板間為例，模型測量其正投影面積為183.84m2，通過圖紙測量其平面面積為183.77m2，偏差率為0.3%。

2 精確航拍技術研究

獲得1個精準的傾斜攝影模型需優秀的航拍技術。就飛行環境而言，無人機航拍需注意風力不宜超過三級、保證飛行器與控制器的GPS信號、飛行器電池電量、保證飛行器與周邊建筑及樹木的距離、限飛及限高等因素。在拍攝手法上，航拍路線極為重要，“拍照模式”可選擇等間隔拍攝或等時差拍攝，需注意的是，“等距間隔拍照”中拍照間隔越短，飛行速度越慢，所需飛行時間越長，拍照數量不變；“等時間隔拍照”中拍照間隔越短，飛行速度越快，飛行時間越短，拍照數量越多，在確保電池電量情況下，增加拍攝照片數量，增加單次巡航航程，調高照片重復覆蓋比例，都能有效提高傾斜攝影模型的質量。針對體量較大的工程，如道路，在航拍每段工程時，應確保飛行高度一致、飛行區域大小一致，且相鄰兩端航拍照片有重合點。

3 結語

隨著5G時代到來，大數據需求增長，無人機傾斜攝影技術無疑在未來的工程建設中將發揮重要的作用，傾斜攝影技術的高效、真實性讓工程建設人員能更加準確、迅速地獲得工程空間數據。目前，在工程建設中，航拍數據可轉化成DLG、DOM與DSM等不同數據格式，如若在工程中統一數據格式，標準化制作，該技術無疑將得到更大提升。另外，在數據處理過程中，對硬件軟件都有限制，相信隨著5G技術、云技術的提升，較為冗長的數據處理過程將大大減短，無人機傾斜攝影技術必將在建筑領域占有一席之地。