無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在工程中的應(yīng)用

李寶闖 武洋

摘 要：無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)是近些年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新產(chǎn)業(yè)，通過(guò)無(wú)人機(jī)對(duì)某一景觀進(jìn)行多角度拍攝，通過(guò)空間三維運(yùn)算處理之后形成三維模型的一種技術(shù)。這種技術(shù)的應(yīng)用，大大降低人工測(cè)量的難度和工作量，使現(xiàn)場(chǎng)工作變得更加高效和直觀。我公司在2018年進(jìn)行雄安新區(qū)截洪渠工程施工時(shí)，首次采用該技術(shù)進(jìn)行了地物測(cè)量，并結(jié)合其他BIM技術(shù)搭建了4DBIM管理平臺(tái)，為工程的信息化管理奠定了基礎(chǔ)，并取得了良好的結(jié)果。

關(guān)鍵詞：拍攝;處理;建模;應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：U675.4? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2021）03-0150-02

1工程概況

容城容東片區(qū)截洪渠一期工程是雄安新區(qū)建立之后的第一個(gè)實(shí)體工程，位于容城縣縣城與榮烏高速之間，西起大水大街，東至新建市民服務(wù)中心南側(cè)。目的是為最大程度解決容城部分城區(qū)積水問(wèn)題，并為將來(lái)容城縣排水設(shè)施提標(biāo)改造創(chuàng)造條件。主要工程內(nèi)容包括地下雨水箱涵、進(jìn)水管線和設(shè)施、一體化泵站、出水管線、場(chǎng)外道路修復(fù)、地上及地下管線遷改等內(nèi)容，一期工程總造價(jià)1.73億元，設(shè)計(jì)總長(zhǎng)度約5.7公里。

受周邊環(huán)境影響，本項(xiàng)目涉及大量拆改工作，并因工期緊、施工場(chǎng)地有限，致使工作段劃分、機(jī)械人員調(diào)配、土方倒運(yùn)等受到諸多限制，需精心進(jìn)行布局。為保證項(xiàng)目總平面規(guī)劃及工程組織推進(jìn)安排更為合理，本項(xiàng)目采用BIM技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)管理，而利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)對(duì)全場(chǎng)進(jìn)行建模，為BIM技術(shù)的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

2傾斜攝影拍攝及模型建立

2.1路線劃分與拍攝

使用專(zhuān)業(yè)傾斜攝影無(wú)人機(jī)進(jìn)行拍攝，需要在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)鏡頭傳感器（目前常用的是五向鏡頭相機(jī)），同時(shí)從1向垂直、4向傾斜等不同角度采集影像，然后經(jīng)數(shù)據(jù)處理形成實(shí)景模型。為清晰地顯示工作區(qū)域的實(shí)際情況，飛行范圍不僅需要涵蓋施工區(qū)域，還要包括周邊的區(qū)域。本項(xiàng)目拍攝范圍為榮烏高速及其以南共計(jì)150m范圍，榮烏高速以北包含施工區(qū)域以及城區(qū)共計(jì)350m范圍，里程6000m，拍攝范圍共計(jì)300萬(wàn)平方米。受當(dāng)?shù)乜沼蚬苤频挠绊懀O(shè)定無(wú)人機(jī)飛行高度為50m，飛行軌跡間距50米。另外，本工程采用的為普通大疆精靈系列無(wú)人機(jī)，通過(guò)單鏡頭多次飛行模擬多鏡頭拍攝，需通過(guò)增加飛行路線和次數(shù)來(lái)增加成圖的精度，因此設(shè)定了垂直交叉的兩條飛行路線，每條路線往返飛行兩次，飛行路線布設(shè)如下圖所示：

無(wú)人機(jī)拍攝前，除設(shè)定飛行路線外，需注意設(shè)定拍攝的視頻或照片涵蓋相機(jī)位置、鏡頭信息等關(guān)鍵信息，作為數(shù)據(jù)形成的必備條件，選擇在無(wú)風(fēng)天氣晴朗可視度良好的情況下進(jìn)行拍攝。為保證順利完成三維建模并提高模型精度，控制飛行速度，照片的重疊率最少要在80%以上，同一物體連續(xù)拍攝的照片角度偏差不超過(guò)15度、拍攝至少不少于3張照片，不能有飛行速度和高度的突變以免出現(xiàn)數(shù)據(jù)模糊。如果有凸出、鏤空以及要求精確顯示的建筑物或工程實(shí)體部位，需要對(duì)局部進(jìn)行多角度環(huán)繞拍攝采集。高度方向如過(guò)高，也應(yīng)分層設(shè)置飛行軌跡。因無(wú)人機(jī)一般采用WGS84經(jīng)緯網(wǎng)和橢球高程，提前對(duì)無(wú)人機(jī)的測(cè)量參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，避免形成的模型與需要的模型位置不一致，造成大量的后處理工作。

2.2數(shù)據(jù)處理及模型的建立

采用Bentley旗下的ContextCapture Center實(shí)景建模軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和模型的建立，類(lèi)似于測(cè)量工程中的三角交會(huì)法，數(shù)據(jù)處理的原理是通過(guò)分析照片的拍攝位置、角度以及鏡頭信息，通過(guò)三維運(yùn)算計(jì)算出每一個(gè)像素點(diǎn)的坐標(biāo)和參數(shù)，并通過(guò)不同照片的擬合疊加計(jì)算，自動(dòng)去除偏差較大的數(shù)據(jù)點(diǎn)，在坐標(biāo)系中形成數(shù)據(jù)點(diǎn)陣，將其像素信息進(jìn)行顯示，從而形成物理的實(shí)景模型。數(shù)據(jù)處理流程如下圖所示：

將影像和照片導(dǎo)入軟件，如導(dǎo)入的材料為視頻，則需將其進(jìn)行分割，一般每秒分割成10張照片左右即可滿(mǎn)足使用要求，圖像數(shù)量過(guò)多會(huì)導(dǎo)致計(jì)算量增加，如圖像信息過(guò)少則會(huì)導(dǎo)致模型精度降低。照片導(dǎo)入以后，系統(tǒng)對(duì)每一張照片信息進(jìn)行鑒別，如照片信息不完善，可進(jìn)行手動(dòng)補(bǔ)充，必要時(shí)進(jìn)行重拍、補(bǔ)拍。當(dāng)所有圖像信息完善后，提交空間三維運(yùn)算，完成后進(jìn)行三維重建得到實(shí)景模型。這里需要注意的是，三維重建之前要根據(jù)計(jì)算機(jī)的性能進(jìn)行瓦片分割工作，避免一次性計(jì)算量過(guò)大超過(guò)計(jì)算機(jī)處理能力造成系統(tǒng)崩潰。ContextCapture Center軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及得到的實(shí)景模型如下圖3和圖4所示：

3成果應(yīng)用

利用傾斜攝影的模型成果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的布局和成果展示，較使用平面圖和照片、視頻等更能體現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，可從多角度、多方面分析現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際問(wèn)題，使匯報(bào)和展示工作變得更加直觀、立體。尤其對(duì)現(xiàn)場(chǎng)涉及拆遷、拆改的部位，可在圖形中直接看到拆改需求和成果，將設(shè)計(jì)工作變得更加快捷。通過(guò)與施工建筑模型進(jìn)行對(duì)比，可直觀地體現(xiàn)施工形象進(jìn)度情況。另外，軟件自帶的測(cè)繪功能，可直接在圖中量取土場(chǎng)、基坑的面積和方量，大大降低了工程測(cè)量人員的工作強(qiáng)度，使土方管理更加方便快捷。我單位將傾斜攝影的成果與設(shè)計(jì)模型進(jìn)行擬合，并導(dǎo)入到4DBIM項(xiàng)目管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目管理的信息化。如圖5、圖6所示。

4評(píng)價(jià)與展望

無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的應(yīng)用，可大幅降低施工測(cè)量勞動(dòng)強(qiáng)度，提高施工信息化水平，使專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的工作向非專(zhuān)業(yè)人員涵蓋。另外，該技術(shù)可與GIS技術(shù)、BIM技術(shù)等進(jìn)行聯(lián)合，尤其在緊急事故救援、線性工程、露天礦業(yè)工程等土石方領(lǐng)域有著更高的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]周曉敏，孟曉林，張雪萍，彌永宏.傾斜攝影測(cè)量的城市真三維模型構(gòu)建方法[J].測(cè)繪科學(xué)，2016，41（09）：159-163.

[2]楊國(guó)東，王民水.傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用及展望[J].測(cè)繪與空間地理信息，2016，39（01）：13-15+18.