基于無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在工程建設(shè)中的應(yīng)用研究

于成紅 楊果 李存 黃博 任龍

摘要：近年來(lái)，基于無(wú)人機(jī)的傾斜攝影技術(shù)是國(guó)際測(cè)繪領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，改變了正射影像從垂直角度的限制。通過(guò)一個(gè)垂直、四個(gè)傾斜、五個(gè)不同的視角同步采集影像，獲取到豐富的頂面及側(cè)視的高分辨率紋理。它不僅能夠真實(shí)地反映地物情況，高精度地獲取物方紋理信息，還可進(jìn)行先進(jìn)的定位、融合、建模等技術(shù)，真實(shí)的生成三維模型。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù);高效迅速地建立建筑模型;加強(qiáng)項(xiàng)目信息化;智慧建造

一、無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)介紹

通過(guò)利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行航拍建模，提取位置信息，建立各施工階段的實(shí)際模型，提取工程量;并且結(jié)合GIS技術(shù)，可以精確提取坐標(biāo)點(diǎn)位，反應(yīng)項(xiàng)目各點(diǎn)位實(shí)際位置坐標(biāo)，能廣泛應(yīng)用于工程施工。應(yīng)用此技術(shù)能高效迅速地建立建筑模型，進(jìn)行工程點(diǎn)位定位，加強(qiáng)項(xiàng)目信息化管理水平、科技決策水平以及高效管控水平，從而達(dá)到降本增效、智慧建造、綠色施工的目的。適用于具備無(wú)人機(jī)拍攝條件、需要建立三維模型的項(xiàng)目施工。

二、應(yīng)用實(shí)例介紹

2.1成華區(qū)團(tuán)結(jié)村跳蹬河南路9號(hào)新建商品住宅、商業(yè)用房及附屬設(shè)施項(xiàng)目（一期）概況

成華區(qū)團(tuán)結(jié)村跳蹬河南路9號(hào)新建商品住宅、商業(yè)用房及附屬設(shè)施項(xiàng)目（一期）項(xiàng)目位于四川省成都市成華區(qū)團(tuán)結(jié)村跳蹬河南路9號(hào)，總建筑面積8.6萬(wàn)㎡，建筑物由11棟8～10層的鋼筋混凝土框架住宅樓、1棟2層商業(yè)、1棟單層垃圾房、1棟單層物管用房和單層商鋪和1層地面車庫(kù)組成，結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。

2.2四川泰康西南醫(yī)院項(xiàng)目概況

四川泰康西南醫(yī)院項(xiàng)目位于四川省成都市天府新區(qū)華陽(yáng)街道二江寺村五、六、十一組，總建筑面積251241.00㎡，建筑由地下二層、1#樓組成，其中1#樓包含1棟17層北住院樓、1棟13層南住院樓、1棟4層醫(yī)技樓、1棟4層門診樓組成，結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架剪力墻、鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。

2.3無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)獲取項(xiàng)目高分辨的多視角多方位影響數(shù)據(jù)，再運(yùn)用ContextCapture強(qiáng)大的基于圖像密集匹配技術(shù)的快速三維場(chǎng)景運(yùn)算功能，進(jìn)行傾斜攝影空中三角測(cè)量解算，再進(jìn)行地面景物的逼真實(shí)景真三維重構(gòu)，最終達(dá)到實(shí)現(xiàn)全要素的三維項(xiàng)目模型及場(chǎng)景生產(chǎn)的目的。

其工藝流程如下：

2.4無(wú)人機(jī)傾斜攝影數(shù)據(jù)采集

本實(shí)例中航測(cè)數(shù)據(jù)根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)度分階段進(jìn)行采集，無(wú)人機(jī)航攝作業(yè)全程采用軟件輔助自動(dòng)拍攝。對(duì)于復(fù)雜部位，采用手動(dòng)操作無(wú)人機(jī)的方法補(bǔ)充拍攝數(shù)據(jù)。

2.4.1標(biāo)靶控制點(diǎn)設(shè)置

傾斜攝數(shù)據(jù)采集前的準(zhǔn)備工作中，控制點(diǎn)的布置作為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)是不可或缺的。場(chǎng)地占地面積平均每10000m2布置2個(gè)控制點(diǎn)，鄰點(diǎn)間距不大于80m，且總數(shù)不少于5個(gè)控制點(diǎn)，構(gòu)成閉合控制網(wǎng)，同時(shí)利用全站儀測(cè)量并記錄每一個(gè)控制點(diǎn)的坐標(biāo)及高程，控制點(diǎn)精度要求為閉合差±4mm√N(yùn)（N為測(cè)站數(shù)）。為了便于無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)采集的識(shí)別，可在數(shù)據(jù)采集前，制作1m×1m的紙質(zhì)標(biāo)靶固定于控制點(diǎn)之上。

2.4.2場(chǎng)地清理

為了避免場(chǎng)地內(nèi)雜物對(duì)數(shù)據(jù)精度造成影響，數(shù)據(jù)采集前，應(yīng)對(duì)場(chǎng)內(nèi)堆放的材料及機(jī)具進(jìn)行調(diào)運(yùn)或清理。

2.4.3無(wú)人機(jī)參數(shù)設(shè)置

影響無(wú)人機(jī)獲取影像精度的主要因素有航線、相對(duì)航高、重疊度等，實(shí)施航攝前需充分考慮以上因素，提前設(shè)置參數(shù)以保證影像質(zhì)量。

2.4.4航區(qū)劃定

航區(qū)劃定除了考慮覆蓋面積外，還需要考慮航線的數(shù)量與方向。航線應(yīng)呈帶狀按次序逐步覆蓋全部場(chǎng)地，實(shí)現(xiàn)對(duì)地形邏輯有序的全覆蓋航攝。同時(shí)，航線的數(shù)量與航攝數(shù)據(jù)的重疊率呈正相關(guān)，航線的數(shù)量越多，航攝數(shù)據(jù)的旁向重疊率越大，建得的三維模型精度越高。

2.4.5斜攝數(shù)據(jù)采集及輸出

具有多個(gè)傳感器和攝像頭的無(wú)人機(jī)，可從不同位置不同角度獲取同一地物多方向（東西南北和頂部）上的影像，影像記錄的同時(shí)也記錄了無(wú)人機(jī)視點(diǎn)的POS（經(jīng)緯度）信息。航攝過(guò)程中注意應(yīng)有一定數(shù)量的圖像攝有標(biāo)靶控制點(diǎn)，以便修正生成的三維模型的坐標(biāo)信息。

2.5三維建模

2.5.1添加影像數(shù)據(jù)

使用ContextCapture軟件添加無(wú)人機(jī)采集的影像數(shù)據(jù)，并用軟件檢查影像數(shù)據(jù)的完整性，調(diào)整影像數(shù)據(jù)的空間排布。

2.5.2空間三維計(jì)算

利用軟件導(dǎo)入象控點(diǎn)信息，對(duì)點(diǎn)云模型刺點(diǎn)對(duì)齊，調(diào)整模型整體坐標(biāo)的位置和傾角，進(jìn)行空間三維計(jì)算。

上一步完成后，對(duì)照照片，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)中明顯的地表影響因素的信息點(diǎn)剔除。

2.5.3三維重建

經(jīng)過(guò)空間三維計(jì)算和點(diǎn)云信息處理，生成高程信息模型，進(jìn)行表皮紋理數(shù)據(jù)貼附，合成最終的三維實(shí)景場(chǎng)地模型。

三、無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的特點(diǎn)總結(jié)

3.1減少測(cè)量工作

相比傳統(tǒng)測(cè)繪建模工作，利用無(wú)人機(jī)的傾斜攝影技術(shù)不受項(xiàng)目地形限制，減少了測(cè)量人員野外作業(yè)的工作量，在一定程度上保證了人員的安全。

3.2數(shù)據(jù)采集快捷準(zhǔn)確

由于使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在制定飛行路線計(jì)劃后更加簡(jiǎn)便快捷，節(jié)約了大量的人力物力，并且結(jié)合GIS技術(shù)，模型中任意一點(diǎn)的高程和坐標(biāo)信息均可讀取，數(shù)據(jù)具有精確性。

3.3實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的三維可視化

利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)采集數(shù)據(jù)后，再使用ContextCapture軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行編輯調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的三維可視化，做到了“所見(jiàn)即所得”。

3.4提高建模工作效率

利用傾斜攝影測(cè)量和建模的關(guān)鍵支撐點(diǎn)——分層顯示技術(shù)和紋理映射技術(shù)，極大地提升了三維建模的效率，同時(shí)也降低建模的生產(chǎn)成本。

3.5質(zhì)量控制要點(diǎn)

航測(cè)數(shù)據(jù)畫幅的光照部位以及陰影部位在不同畫幅中不可偏離過(guò)大，避免模型生成時(shí)的識(shí)別錯(cuò)誤。模型的精準(zhǔn)度依賴于航測(cè)數(shù)據(jù)的畫幅數(shù)量以及航測(cè)角度、重疊率等，模型精度應(yīng)控制在點(diǎn)數(shù)據(jù)±5cm 的偏差內(nèi)。

四、結(jié)語(yǔ)

目前無(wú)人機(jī)在建設(shè)項(xiàng)目中已得到了廣泛應(yīng)用，結(jié)合GIS技術(shù)及BIM軟件可將無(wú)人機(jī)應(yīng)用進(jìn)行多維度的應(yīng)用拓展，為項(xiàng)目施工及管理帶來(lái)實(shí)質(zhì)性的效率提升，提高無(wú)人機(jī)的應(yīng)用頻率和效果。數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，無(wú)人機(jī)采集數(shù)據(jù)不限于地形地貌，減少了測(cè)量人員野外作業(yè)工作量，降低了測(cè)量工作的危險(xiǎn)性，同時(shí)，無(wú)人機(jī)三維逆建模技術(shù)可視化程度高，減少了過(guò)程中建立三維模型的時(shí)間，并能應(yīng)用于土方量計(jì)算等工作中，提高了施工人員工作效率，取得一定的經(jīng)濟(jì)效益。助力智慧工地的建設(shè)，滿足智能建造需求。

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