探討運(yùn)用無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)打造數(shù)字化實(shí)景觀摩工地的可行性

汪翔 肖波 賀文斌

摘要：如何將數(shù)字建筑相關(guān)技術(shù)引入工地觀摩，讓工地觀摩不再受行業(yè)生產(chǎn)流動(dòng)性的影響，降低觀摩成本，增加觀摩效果，是一個(gè)值得探討的問(wèn)題。文章將探討通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)航拍及三維建模技術(shù)的一些粗淺運(yùn)用，嘗試建立三維實(shí)景云端觀摩工地的可行性。

[作者簡(jiǎn)介]汪翔（1984—），男，本科，工程師，從事建筑施工管理工作。

1 無(wú)人機(jī)航拍建立數(shù)字化三維實(shí)景模型技術(shù)概述

無(wú)人機(jī)的本質(zhì)其實(shí)是數(shù)據(jù)采集工具，作為空中數(shù)據(jù)接口，無(wú)人機(jī)將衍生出大數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、相關(guān)軟硬件定制等圍繞數(shù)據(jù)展開(kāi)的多種運(yùn)營(yíng)新模式[1]。無(wú)人機(jī)建模是一種逆向建模方法，通過(guò)多組連續(xù)的影像經(jīng)過(guò)程序計(jì)算處理呈現(xiàn)出物體表面的三維形貌模型，具有建模時(shí)間短、投入成本低、模型精度高、模型場(chǎng)景真實(shí)、建模自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。在本次嘗試建模的過(guò)程中，將用到無(wú)人機(jī)傾斜攝影和全景攝影2個(gè)功能。

1.1 無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量

傾斜攝影測(cè)量是指在無(wú)人機(jī)上搭載相機(jī)，并與地面形成一定角度的情況下進(jìn)行的航拍，是一種新的獲取地表信息的技術(shù)手段[2]。通過(guò)從1個(gè)垂直、2個(gè)傾斜、5個(gè)不同的視角同時(shí)采集影像數(shù)據(jù)，獲取測(cè)量范圍內(nèi)構(gòu)筑物及接臨地理環(huán)境豐富的影像信息和地理數(shù)據(jù)，將相關(guān)紋理及數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入專(zhuān)業(yè)軟件進(jìn)行空中三角計(jì)算，便能導(dǎo)出比較精細(xì)的三維形貌模型。常用無(wú)人機(jī)航拍三維建模工具有俄羅斯Agisoft公司的Photoscan、法國(guó)Acute3D公司的ContextCapture（Smart3D）及瑞士Pix4D公司的Pix4Dmapper軟件等。軟件各有特點(diǎn)，可以滿(mǎn)足各種需求的傾斜建模需要（表1）。

1.2 無(wú)人機(jī)全景攝影

全景攝影建模技術(shù)常用于教育、旅游、房地產(chǎn)及酒店行業(yè)的虛擬現(xiàn)實(shí)展示，可以360°的對(duì)室內(nèi)外全景進(jìn)行逼真的展示，具有操作過(guò)程簡(jiǎn)單、建模速度快、場(chǎng)景保留真實(shí)，時(shí)效性強(qiáng)等特點(diǎn)。無(wú)人機(jī)全景攝影是通過(guò)無(wú)人機(jī)球形拍照功能拍攝獲取的影像，并通過(guò)調(diào)色、糾偏、交互拼接的方式，在球面模型上建立全景影像，實(shí)現(xiàn)水平 360°和垂直 180°的隨意瀏覽（圖1～圖3）。

1.3 數(shù)字建筑

數(shù)字建筑，指利用BIM和云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等信息技術(shù)引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的業(yè)務(wù)戰(zhàn)略，它結(jié)合先進(jìn)的精益建造理論方法，集成人員、流程、數(shù)據(jù)、技術(shù)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)建筑的全過(guò)程，全要素、全參與方的數(shù)字化、在線(xiàn)化、智能化，從而構(gòu)建項(xiàng)目、企業(yè)和產(chǎn)業(yè)的平臺(tái)生態(tài)新體系[3]。嘗試運(yùn)用與數(shù)字建筑相關(guān)的建模、云端、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)建立打造數(shù)字化、在線(xiàn)化的實(shí)景觀摩工地，并將相關(guān)數(shù)據(jù)融入到項(xiàng)目數(shù)字化建設(shè)當(dāng)中，助力打造數(shù)字孿生工地。

2 無(wú)人機(jī)航拍建立三維實(shí)景模型技術(shù)引入建筑工程觀摩活動(dòng)

2.1 建筑工程傳統(tǒng)觀摩的特點(diǎn)

建設(shè)工程的觀摩活動(dòng)是展示工地內(nèi)先進(jìn)的工程施工與管理理念、先進(jìn)的施工技術(shù)的參觀活動(dòng)[4]。開(kāi)展建筑工程觀摩的目的就是希望各項(xiàng)目之間通過(guò)直觀的學(xué)習(xí)和探討，發(fā)現(xiàn)不足，取長(zhǎng)補(bǔ)短，共同提高。但是項(xiàng)目施工分為多個(gè)階段，每個(gè)階段施工特點(diǎn)各不相同，傳統(tǒng)建筑工程觀摩方式很難全面而又細(xì)致地展示工程施工每個(gè)階段的亮點(diǎn)，且單個(gè)項(xiàng)目如果長(zhǎng)時(shí)間停留在某一階段進(jìn)行學(xué)習(xí)觀摩活動(dòng)，勢(shì)必會(huì)對(duì)工期造成影響。

2.2 將無(wú)人機(jī)航拍建立三維實(shí)景模型技術(shù)引入建筑工程觀摩活動(dòng)的意義

如果能采集各階段的影像資料并通過(guò)相關(guān)軟件建立現(xiàn)場(chǎng)三維實(shí)景模型，再結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)云端技術(shù)開(kāi)通留言互動(dòng)、彈幕滾動(dòng)等社交功能，就能讓觀摩者通過(guò)電子設(shè)備（PC、智能平板、智能手機(jī)等）進(jìn)行項(xiàng)目各階段的觀摩并實(shí)時(shí)交流體驗(yàn)心得，在線(xiàn)提出指導(dǎo)意見(jiàn)。這種云觀摩的形式既不受地域、天氣等限制，也不會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工造成任何影響。還可以通過(guò)數(shù)字技術(shù)為云端模型添加圖片、聲音、視頻和超鏈接，通過(guò)VR技術(shù)呈現(xiàn)給觀摩者近似于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景觀摩且內(nèi)容更加豐富的沉浸式體驗(yàn)。

3 運(yùn)用消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)技術(shù)建立數(shù)字化實(shí)景模型

無(wú)人機(jī)按其應(yīng)用方向可以分為軍用級(jí)無(wú)人機(jī)和民用級(jí)無(wú)人機(jī)，民用級(jí)無(wú)人機(jī)又可細(xì)分為專(zhuān)業(yè)級(jí)和消費(fèi)級(jí)。消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)具有機(jī)身小巧，操作靈便等特點(diǎn)，主要面向普通消費(fèi)者推出，價(jià)格親民。本次傾斜測(cè)量建模信息采集使用DJI Mini2無(wú)人機(jī)，主要參數(shù)見(jiàn)圖4、表2。

3.1 消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)構(gòu)建施工現(xiàn)場(chǎng)外立面數(shù)字化實(shí)景模型

建立施工現(xiàn)場(chǎng)外立面數(shù)字化模型我們主要會(huì)用到無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)。先將無(wú)人機(jī)開(kāi)啟定時(shí)拍攝功能，再手動(dòng)操其控沿施工現(xiàn)場(chǎng)四周及中心線(xiàn)垂直方向飛行采集包含地理信息數(shù)據(jù)的影像圖片，飛行高度約145 m，共采集影像圖片382張。

將采集的影像圖片導(dǎo)入PC，并使用專(zhuān)業(yè)影像圖片采集軟件導(dǎo)出位置與姿態(tài)數(shù)據(jù)，然后將圖片和含有位置及姿態(tài)數(shù)據(jù)的文檔一并導(dǎo)入相關(guān)軟件進(jìn)行空中三角測(cè)量，得出運(yùn)算結(jié)果并執(zhí)行切片映射，最終導(dǎo)出施工現(xiàn)場(chǎng)外立面三維形貌模型（圖5～圖8）。

3.2 消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)構(gòu)建施工現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部全景模型

建立現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部全景模型我們使用無(wú)人機(jī)球形全景

拍照功能。啟動(dòng)DJI Mini2懸停于建筑物內(nèi)要拍攝的房間中間，離地大概1.3 m，打開(kāi)無(wú)人機(jī)球形全景功能開(kāi)始拍攝，無(wú)人機(jī)將根據(jù)既定程序旋轉(zhuǎn)并轉(zhuǎn)動(dòng)云臺(tái)拍攝3×8+1共25張照片，然后將相關(guān)照片自動(dòng)拼接成一張寬4 096×高2 048的全景照片。我們將全景圖片上傳大疆天空之城或者720云平臺(tái)就可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線(xiàn)瀏覽和VR體驗(yàn)（圖9）。

4 總結(jié)

在本次探討中我們使用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)構(gòu)建了項(xiàng)目主體階段外立面形貌模型，又通過(guò)無(wú)人機(jī)全景攝影得到了部分建筑施工階段內(nèi)部全景模型，將兩種模型結(jié)合，就可以得到充分反映當(dāng)前施工階段建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)外部實(shí)景信息的三維信息模型。再把模型通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)上傳云端進(jìn)行展示并賦予其部分網(wǎng)絡(luò)社交功能，就能打造出一個(gè)不受地域、天氣、時(shí)間及疫情等客觀因素影響，展示企業(yè)文化、施工管理理念和施工技術(shù)工藝的學(xué)習(xí)與交流平臺(tái)。通過(guò)該平臺(tái)就能實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑工地的數(shù)字化實(shí)景觀摩。

參考文獻(xiàn)

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[3] 翟立.引領(lǐng)建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)——廣聯(lián)達(dá)總裁袁正剛解碼數(shù)字建筑產(chǎn)業(yè)平臺(tái)[N].中國(guó)建設(shè)報(bào).2017-05-22.

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