無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在建筑工程領(lǐng)域的應(yīng)用

王鵬 劉對萍

摘 要：本文介紹了無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的基本原理、發(fā)展背景，及其與傳統(tǒng)測繪相比具有顯著的優(yōu)勢，結(jié)合建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)、建筑施工及建筑竣工驗(yàn)收三個(gè)方面，詳細(xì)闡述了無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)不僅可以為建筑施工規(guī)劃設(shè)計(jì)提供更加科學(xué)、高效、真實(shí)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并且能夠科學(xué)的指導(dǎo)、檢測建筑施工，更好的服務(wù)于竣工驗(yàn)收階段，對其未來受到廣泛應(yīng)用進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：傾斜攝影；建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)；建筑施工；竣工驗(yàn)收；應(yīng)用

中圖分類號：TU1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract：This paper describes the basic principles of UAV tilt photography、Development Background、and it has significant advantages over traditional surveying and mapping，Combination of architectural planning and design、Building construction and building acceptance three aspects，Described in detail that UAV tilt photography technology can not only provide more scientific，efficient and real basic data for building construction planning and design.And able to scientifically guide and inspect building construction，Better service for completion acceptance，The future is widely used.

Key words：Oblique photography；Building planning and design；Construction；Completion cceptance；Application

建筑業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)中的重要組成部分，“智慧城市”概念的提出，對城市建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)的要求更加嚴(yán)格，同時(shí)更多先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)被引進(jìn)助推建筑業(yè)的發(fā)展，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)是極具代表性的一項(xiàng)技術(shù)。傾斜攝影技術(shù)是國際測繪領(lǐng)域近些年發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，它顛覆了以往正射影像只能從垂直角度拍攝的局限，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時(shí)從一個(gè)垂直及多個(gè)傾斜角度快速、高效地采集影像，符合人眼視覺的真實(shí)直觀效果。應(yīng)用Smart 3D Capture等軟件建立三維地理信息模型，全方位研究地物，具有成本低、效率高、信息量大、精確度高、直觀性強(qiáng)的特點(diǎn)，極廣泛的應(yīng)用于建筑施工各個(gè)階段。

無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)

1. 傾斜攝影測量技術(shù)原理

傾斜攝影技術(shù)是傳統(tǒng)攝影的拓展和延伸，打破了傳統(tǒng)影像只從垂直方向獲取影像的局限，結(jié)合微型無人機(jī)飛行平臺靈活性、快速性的特點(diǎn)，組成微型無人機(jī)傾斜攝影系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高效率、低成本獲取地面物體更為完整準(zhǔn)確的信息。[1]再通過專業(yè)計(jì)算機(jī)軟件對獲取的影像通過區(qū)域網(wǎng)絡(luò)平差、匹配、DSM 生成、三維建模等流程[2]（如圖1）。可以從各個(gè)方向?qū)ㄖ镞M(jìn)行長、寬、高三維立體的測量和展示，識別地物的位置及大小屬性，還能獲取建筑物紋理細(xì)節(jié)，從而達(dá)到自動(dòng)、快速、準(zhǔn)確的、真實(shí)的空間數(shù)據(jù)重建效果，形成最終測繪產(chǎn)品（如圖2）。

1. 傾斜攝影測量技術(shù)分析

傾斜攝影技術(shù)分析包括影像數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用三個(gè)過程。

小型無人機(jī)通過搭載多臺傳感器從多個(gè)角度對地物進(jìn)行拍攝，參照《1：500、1：1000、1：2000地形圖航空攝影規(guī)范》（GB/T15661-2008）進(jìn)行航線的規(guī)劃設(shè)計(jì)，航飛航線一般敷設(shè)平行于航線邊界及旁向邊界外，航向及旁向的重疊率不小于75%，確保測區(qū)完全覆蓋。航飛技術(shù)及時(shí)查看影像圖片，刪除不合格圖片外，對于不滿足建模要求的航飛影像圖片要按原航線進(jìn)行補(bǔ)飛。[3-4]

影像應(yīng)用是基于Smart3DCapture軟件進(jìn)行三維建模，具有高精度、高效率、一體化的特點(diǎn)。在建模軟件上加載影像，同時(shí)給定一定比例數(shù)量的控制點(diǎn)，軟件采用光束法區(qū)域網(wǎng)整體平差，同名點(diǎn)位匹配，將全部點(diǎn)位加入到控制點(diǎn)坐標(biāo)中，從而得到加密的特征點(diǎn)云，點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)成三角網(wǎng)，三角網(wǎng)之間構(gòu)成TIN，再由TIN構(gòu)成白模，軟件根據(jù)影響中計(jì)算對應(yīng)的紋理信息，并將紋理映射至白模上，最終形成三維模型。[5-6]

三維模型直觀展現(xiàn)地物基本信息，同時(shí)模型可導(dǎo)入DP-Modle、3d Max、Cass等軟件處理，輸出DOM、DEM及正射影像，根據(jù)實(shí)際需求對模型進(jìn)行處理應(yīng)用（如圖3）。

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用

2. 傾斜攝影與建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)

傾斜攝影在建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用主要為空間分析及規(guī)劃審批方面，為智慧城市的建設(shè)提供了更加快速、科學(xué)、真實(shí)的數(shù)據(jù)。[7]一個(gè)城市需要有自己的特色，一個(gè)城市規(guī)劃有多個(gè)方案設(shè)計(jì)，傾斜攝影技術(shù)可將設(shè)計(jì)方案加載至三維模型中，通過對比各個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)及特色，輔助決策不同設(shè)計(jì)方案與目前城市規(guī)劃的匹配度，達(dá)到優(yōu)選方案的目的。同時(shí)根據(jù)整體城市規(guī)劃目標(biāo)，調(diào)整建筑群指標(biāo)完成規(guī)劃審批。

對于建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)，基本傾斜攝影模型的高真實(shí)性，規(guī)劃相關(guān)分析的準(zhǔn)確度大大提高了，主要應(yīng)用表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）日照時(shí)間分析。三維輔助規(guī)劃加載規(guī)劃設(shè)計(jì)日照方案，評審整體方案的可行性及準(zhǔn)確性，量化模擬對周邊建筑日照時(shí)長的影響，對樓間距的基本規(guī)劃指標(biāo)進(jìn)行定量分析和計(jì)算。（2）可視域分析。以某一個(gè)特定點(diǎn)作為視點(diǎn)具體位置，分析該點(diǎn)視域覆蓋范圍，用不同顏色區(qū)分可視域與盲區(qū)，此相分析多應(yīng)用于安裝攝像設(shè)備分析（如圖4）（綠色區(qū)域?yàn)榭梢妳^(qū)，紅色區(qū)域?yàn)椴豢梢妳^(qū)）。（3）城市天際線分析。城市天際線對于城市布局十分重要，三維模型可以查看區(qū)域內(nèi)建筑高度及超出限高的建筑群。（4）模型壓平、方案對比分析。模型壓平可將指定建筑模型壓平，一方面可以模擬拆遷后的狀況，對比多套拆遷方案，合理指導(dǎo)城市拆遷施工；另一方面，放置不同設(shè)計(jì)好的模型，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃后效果瀏覽、對比（如圖5）。

2. 傾斜攝影與建筑施工

傾斜攝影在建筑施工中的應(yīng)用主要為綠色施工及質(zhì)量檢測方面。[8]

傾斜攝影可應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測，通過對建筑現(xiàn)場PM2.5指標(biāo)檢測，控制施工現(xiàn)場揚(yáng)塵。同時(shí)無人機(jī)在低空實(shí)拍現(xiàn)場圖像，有利于技術(shù)人員對現(xiàn)場平面布置有直觀的了解，便于施工管理。也可對人員進(jìn)行監(jiān)控，避免施工人員消極怠工的現(xiàn)象，同時(shí)可便于查看材料堆放位置，防止局部載荷過重（如圖6），為工作人員營造一個(gè)積極、安全、綠色的施工區(qū)。

通過對三維數(shù)據(jù)模型的表面進(jìn)行開挖，查看地下管線等設(shè)施的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)地上地下一體化檢測。三維模型能直觀觀察室外地溝附近的地形地貌，同時(shí)計(jì)算溝底與地面高程差，查看已挖的部分是否到位。通過高程差值對比，查看已挖的部位地形起伏變化，分析是否需要二次作業(yè)（如圖7）。放管時(shí)，通過透視分析，生成管道及地面高程剖面圖，直觀觀察已安裝管道傾斜度，對于不符合要求的管道進(jìn)行調(diào)整。管溝回填時(shí)，任何點(diǎn)位都帶有坐標(biāo)及高程，可畫出等高線生產(chǎn)DEM，計(jì)算回填土方（如圖8）。

2.3 傾斜攝影與建筑竣工驗(yàn)收

傾斜攝影在建筑竣工驗(yàn)收中主要應(yīng)用于竣工地形圖測繪方面，采用無人機(jī)低空傾斜攝影技術(shù)可以快速獲取項(xiàng)目區(qū)域地表基礎(chǔ)。首先采用基礎(chǔ)測量手段RTK沿設(shè)計(jì)航線按規(guī)定間距布設(shè)像控點(diǎn)，然后根據(jù)設(shè)計(jì)航線進(jìn)行全區(qū)域飛行，獲取基礎(chǔ)影像圖片，最后內(nèi)業(yè)使用數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)PixelGrid等軟件實(shí)現(xiàn)影像匹配、像控測量、空中三角測量、DEM與正射影像圖自動(dòng)生成，即可快速生成1：500大比例尺地形圖（如圖9），且精度可達(dá)到1cm（如圖10），便于后期建筑工程竣工測繪。

傾斜攝影三維模型可提供建筑竣工后相關(guān)地物的相對位置、高度、層數(shù)、一層地坪高及與周邊建筑物關(guān)系，可以輸出配套設(shè)施及綠地面積。輸出的DLG線畫圖便于竣工測繪時(shí)核準(zhǔn)建筑物之間的間距、與用地界線的距離相對于設(shè)計(jì)的差值，模型側(cè)面紋理信息可核實(shí)建筑立面造型、外墻材料及顏色信息（如圖10）。

3 展望及結(jié)語

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)能夠?yàn)楣こ淘O(shè)計(jì)、施工和竣工驗(yàn)收提供最為宏觀、真實(shí)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其獲取數(shù)據(jù)的快速性、準(zhǔn)確性、真實(shí)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)測量方法，大大降低了成本，提高了工作效率，在建筑工程領(lǐng)域具有十分重要的應(yīng)用前景。基于無人機(jī)傾斜攝影獲得的影響圖片，通過專業(yè)軟件構(gòu)建的三維實(shí)體模型，實(shí)質(zhì)上就是反應(yīng)是地表形態(tài)、現(xiàn)實(shí)建筑物等地物的數(shù)字模型，完全可以取代傳統(tǒng)地形測量加影像圖片所發(fā)揮的作用，且精度更高、時(shí)效強(qiáng)。

在設(shè)計(jì)階段傾斜攝影三維數(shù)據(jù)可真實(shí)的反映地物的位置及大小屬性特征，采集彌補(bǔ)了傳統(tǒng)人工數(shù)據(jù)采集周期長，人力物力投資大及工作量大的缺點(diǎn)，能廣泛應(yīng)用于日照分析、可視域分析、城市天際線分析、模型壓平對比分析，為規(guī)劃設(shè)計(jì)提供最科學(xué)合理的方案。在施工階段，可起到監(jiān)工的作用，輔助室外工程管網(wǎng)施工的校驗(yàn)。在竣工驗(yàn)收階段，三維模型的影響分辨率可達(dá)2cm，每個(gè)點(diǎn)位均具有空間坐標(biāo)，同時(shí)能直觀表現(xiàn)地形地貌特征及建筑物細(xì)節(jié)，能逼真的表現(xiàn)建筑的紋理及色彩，能同時(shí)輸出DSM、DOM、TDOM、DLG等多種數(shù)據(jù)成果。

參考文獻(xiàn)：

[1]李安福，曾政祥，吳曉明.淺析國內(nèi)傾斜攝影技術(shù)的發(fā)展[J].測繪與空間地理信息，2014，37（9）：57-58.

[2]譚金石.基于傾斜攝影測量技術(shù)的實(shí)景三維建模及精度評估[J].現(xiàn)代測繪，2015，38（5）：12-13.

[3]周曉敏等.傾斜攝影測量的城市真三維模型構(gòu)建方法[J].測繪科學(xué)，2016，41（9）：159-162.

[4]楊國東，王民水.傾斜攝影測量技術(shù)應(yīng)用及展望[J].測繪與空間地理信息，2016，39（1）：13-18.

[5]徐生望.無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的應(yīng)用[J].世界有色金屬，2017（3）：148-149.

[6]王靖宇.淺談無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)及其應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2017，200-201.

[7]陳志剛.傾斜攝影測量技術(shù)在數(shù)字城市建設(shè)中的應(yīng)用[J].科技經(jīng)濟(jì)信息化，2017（18），28.

[8]李德仁，李明.無人機(jī)遙感系統(tǒng)的研究進(jìn)展與應(yīng)用前景[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，39（5）：505-510.