無人機傾斜攝影實景建模技術在施工中的應用

(中鐵四局集團管理研究院，合肥 230000)

1 序言

隨著空間信息獲取與處理技術的進步，越來越多的新技術應用于規劃設計、施工調查、及施工管理等環節。其中無人機傾斜攝影技術由于能獲取大量密集的、高精度的三維點云數據及數字表面模型，其與BIM技術結合的應用模式在施工領域也越來越廣泛。

圖1 施工現場控制點坐標標記及數據采集

2 外業數據采集

外業數據采集主要是指運用無人機搭載任務設備到待測區域，按照預先設置的航線飛行，并在飛行的過程中持續拍照及記錄拍照點的GPS信息的過程。本施工應用研究采用的設備型號為：獵隼 MC6-NX-GT無人機，大勢智慧雙魚座相機。具體過程如下：

2.1 標記相控點

圖2 無人機航線規劃及地面站實時顯示的飛機姿態信息

圖3 主要的航線規劃形式

圖4 航線規劃與手動補拍結合，細節效果更好

為了得到絕對精度較高的模型，以及提高大面積多架次模型數據拼接精度，在外業數據采集前，須在測區范圍內標記控制點。控制點在區域內均勻分布(不能在一條直線上)，且總數量不小于3個。并用RTK測量出控制點的WGS-84坐標(圖1)，以便后期融入Context Capture軟件進行解算。

2.2 航線規劃

綜合考慮待測區域的地理位置，線路走向、精度要求、起降點等因素，利用航線規劃軟件計算出飛行高度、飛行速度、拍照間隔、飛行軌跡等執行參數(見圖2)，控制無人機采集航空影像。

主要的航線規劃有兩種形式：“S”型掃描，多層繞飛(見圖3)。對于區域較大，同時對模型細節要求較高的情況，在航線規劃之外采用手工補拍照片能起到很好的效果(見圖4)。

3 內頁數據處理

主要是將外業采集的照片及對應的GPS數據通過專業軟件進行匹配，導入傾斜攝影處理軟件(以Context Capture為例)軟件進行空三運算，輸出成果模型，并在第三方軟件進行集成應用的過程。

3.1 照片與POS數據匹配

將GPS信息與照片匹配，并寫入照片屬性(圖5)。

圖5 照片與POS文件匹配

3.2 空三運算

空中三角測量是立體攝影測量中，根據少量的野外控制點，在室內進行控制點加密，求得加密點的高程和平面位置的測量方法。航空攝影測量中利用像片內在的幾何特性，在室內加密控制點的方法。即利用連續攝取的具有一定重疊的航攝像片，依據少量野外控制點，以攝影測量方法建立同實地相應的航線模型或區域網模型(光學的或數字的)，從而獲取加密點的平面坐標和高程(見圖6)。主要用于測地形圖。

3.3 成果輸出

空三運算后，就可以提交成果輸出，生成實景模型(見圖7)。

在成果輸出過程中，由于拍攝時的光照和被拍物體的結構特點等因素，可能會生產后的模型出現破洞、畸變等缺陷，以及根據應用要求需剔除某些結構物，這時就需要對實景模型進行修整以使其能滿足應用需求。

將需要修整實景模型瓦片導出obj格式，利用Bentley Descartes、Meshmixer等軟件進行修復后，再導入原工程文件重新運算并生產出新的模型(見圖8)。

圖6 CC軟件軟件空三運算過程

圖7 實景模型成果(樂百高速地貌、鳳陽體育館、黔張常高鐵項目)

圖8 模型修補(墻面破洞修補龍門吊及梁體剔除)

4 工程項目應用

根據實際模型可視化效果好，模型精度較高的特點，實景模型在工程領域的主要應用如下：

4.1 前期施工調查

在工程投標階段，運用無人機實景建模技術對投標項目航拍建模，模型中包含了場地的三維空間信息及相關尺寸，為投標方案的編制提供準確的參考信息，相比傳統的照片及文字描述，實景模型能更快捷、全面、真實地了解現場情況(圖9)。

圖10 黔張常項目BIM模型與實景模型的整合

4.2 與BIM模型整合

實景模型反應的是現場客觀存在的環境信息，而BIM模型則反應的是將要建造(或建造過程中的)的結構信息，二者的結合應用更能提升工程項目的BIM應用層次，為項目建設增值(圖10)。

4.3 與道路施工結合

將實景模型以3MX格式導入Descartes軟件，提取地形模型信息，生成等高線(見圖11)。再以tin格式導入Power Civil軟件創建道路模型，進行計算土方量及相關BIM應用(圖12)，深層次挖掘實景模型的應用價值。

圖11 實景模型地形信息提取

圖12 基于實景模型創建道路模型及相關的填挖方計算

4.4 實景模型與GIS平臺結合

實景模型導入GIS平臺(如Locaspace、SkyLine及藍色星球系統平臺等)，與GIS結合進行測量、分析及信息集成(見圖13)，為信息管理系統平臺提供高精度的基礎數據，全面管理和展示項目施工的動態信息。

圖13 實景模型與GIS平臺整合

5 總結

傾斜攝影已成為航空測量領域的一個熱點，國家測繪地理信息局也已經把傾斜攝影作為一項新技術手段進行推廣。該技術是一項復雜系統應用工作，涉及到多專業的配合，項目應用難度較大。通過在各項目中的綜合應用，為類似工程的技術應用提供了一些借鑒，更深層次的應用需要在項目實踐中進一步探索研究。

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