全景圖片漫游系統在隧道施工中的應用研究

陳軍程，程梨明，周永，尹晨旭，馬軍旗，王進進，張志增

（1.中電建路橋集團玉溪市江通高速公路有限公司，云南玉溪 653100；2.中原工學院建筑工程學院，鄭州450007）

1 引言

隨著我國綜合國力的不斷提升，交通運輸業對我國的發展也越來越重要。其中公路運輸與鐵路運輸在交通運輸業起著不可替代的作用，由于隧道能夠通過改善線型和縮短距離來減少旅行與運輸時間，有效地提高運營收益和達到節能減排的效果，所以隧道工程在公路與鐵路的發展中被廣泛應用。隧道施工的管理相對復雜，施工過程中存在著較多的安全隱患。需要準確地對施工狀況進行分析判斷，以便于及時做出正確的決策，來確保工程質量和避免延誤工期。在施工的過程中也需要留存施工過程中的相關材料，以便于在后期有需要時進行查看。

全景漫游是指在全視角圖像里進行場景切換，模擬瀏覽不同的場景的技術[1]。因其真實性強、互交性好、科技感強等特點，被廣泛應用于各個領域。利用一體式全景相機拍攝可達到4K（4 096×2 160)或8K(8 192×4 320)分辨率的全景圖片制作全景漫游系統，相對于三維建模具有制作成本較低、耗時較短、分辨率高、真實感強，能夠還原所有真實場景[2]，是一種被廣泛采用且較為實用的方法。

隨著“智慧地下工程”時代的到來，在隧道施工的過程中，利用全景漫游技術，根據需求拍攝不同時期與地點的全景圖片，利用全景圖像技術將全景圖片、音頻、視頻、文本等相關資料整合在一起形成的全景圖片漫游系統，用于工程檔案的留存、工況分析、輔助決策等，不僅符合了時代的要求，也為隧道施工帶來了一些便利與經濟效益。相關技術人員與專家在不進入施工現場的情況下，能夠觀看到現場的實體景象，輔助其做出正確的分析判斷與決策，保證施工的正常進行。全景圖片漫游技術系統在隧道施工中的應用不僅能減少交通開支，還能避免很多意外事故的發生。

2 制作流程

利用全景相機采集現場不同場景畫面，后期將各種相關資源整合到全景漫游系統之中，可以利用電腦、手機進行水平360°與垂直180°的瀏覽。配備頭戴式VR 播放設備更是能體驗到身臨其境的效果，是二維圖像所不能達到的。利用全景圖片制作隧道全景漫游系統的制作基本流程如下：（1）選取合適的拍攝全景圖片的全景相機、云臺、三腳架[3]。（2）選取合適的數據處理服務器。（3）對需要拍攝的隧道線路圖結合實際需求進行分析，擬訂相對合適的拍攝位置，進行整理編號，以便于后續操作。（4）進入隧道實地考察，核實確定拍攝點并進行標記，對不適宜拍攝的位置根據實際情況進行調整，確定最后的拍攝點。（5）進行實地拍攝，在拍攝的過程中檢查所拍攝的全景圖片是否符合標準，以便于及時對不合格的圖片進行補拍。圖片的整理編號應和已經確定好的拍攝點一一對應，以保證后續拼接工作的連續性。（6）對導出的全景圖片進行編號管理及預處理，調整亮度、飽和度、對比度等，可以使全景圖的清晰度、色彩等達到最佳狀態。（7）整理相關工程資料。（8）將全景圖片和相關對應資料進行整合。（9）打包導出后進行審核發布。

3 硬件配置

全景圖片拍攝有2 種方式：（1）利用單反相機搭配魚眼或超廣角鏡頭進行拍攝，每個場景按照前、后、左、右、上、下至少拍攝6 張照片，照片數量越多拼接成的全景圖片效果越好。拍攝完成后利用以PTGui 為代表的720 全景拼接與合成軟件進行全景圖片的拼接。（2）利用一體式全景照相機進行拍攝，一體全景相機具有多個鏡頭，能夠一次性拍攝完成，可以自動完成全景圖片的合成與拼接。相對于單反相機搭配魚眼或超廣角鏡頭拍攝全景圖片來說，一體式全景相機的拍攝更為簡便，也免去了全景圖片的拼接環節，可以直接拍攝出全景圖片，省時、省力、省工，對使用者來說相對友好。一體式全景相機選用應該具有良好的防抖性能且成圖像素不得低于8 192×4 096，搭配云臺與三腳架由人工進行拍攝。拍攝好的全景圖片利用720 云進行搭接成全景漫游場景，以便于后期使用頭戴式VR播放設備進行移步換景式的沉浸式觀看。

4 系統的制作

4.1 拍攝點的確定與布置

根據隧道當前工況并結合隧道路線圖，先擬訂拍攝點并進行編號。原則為每隔5～7 mm 設置一個拍攝點，鄰接場景必須有重疊景物以確保拍攝的圖片具有連續性。人工實地對拍攝點進行核實與標記，結合實際情況，根據是否有施工機械占壓、遮擋等因素對拍攝點進行調整。

4.2 全景圖片拍攝

到達提前標記好的拍攝點進行設備的安裝與調試，隨即進行正式拍攝。由隧道一端入口開始，根據標記的拍攝點依次進行拍攝。全景圖片拍攝時應保證拍攝點周圍有較好的光線條件，這樣才能拍攝到色彩飽和，光影豐富的全景圖片。一張全景圖片拍攝完成后進行自檢工作，然后才可進行下一張圖片的拍攝，不合格的全景圖片需進行補拍。全景圖片自檢項目如下：（1）全景圖片是否存在過曝或欠曝的現象[4]；（2）全景圖片是否存在跑焦現象；（3）全景圖片是否存在不清晰現象；（4）全景圖片是否有黑點或遮擋物。

4.3 隧道全景漫游系統的整合

導出全景圖片后，將全景圖通過漫游軟件處理與制作得到全景漫游系統。本文以720 云的處理方法為例，介紹了全景圖片漫游系統的整合。720 云具有良好的擴展性以及易用性，具有簡單便捷、性能突出的特點，功能較為強大，操作也更為便捷。利用720 云進行隧道全景地圖的制作步驟如下：（1）將需要的全景圖片進行編號整理，另準備一張所拍攝的隧道平面路線圖放入一個文件夾；（2）將準備的素材在720 云上進行上傳；（3）將準備的隧道平面圖作為電子沙盤，將提前確定好的各個拍攝點對應編碼的圖片，插入電子沙盤相應的位置；（4）按照全景圖片的順序，依次插入熱點與圖片說明。場景的盡頭插入可以切換到下一場景的全景切換熱點；（5）對圖片必要的位置進行標注，可以鏈接到提前整理好的文字說明介紹、圖片、視頻、音頻。這樣隧道全景漫游系統就完成了；（6）將作品導出后，通過審核便可傳入項目文件服務器供相關人員根據賬號進行有權限的管理、瀏覽、下載服務。同時，提供二維碼供手機掃描進行查看。

4.4 隧道全景圖片漫游系統的使用

在文件服務器下載全景地圖文件后，通過相關全景圖片查看軟件，可以在手機、電腦、平板上進行查看，也可以通過頭戴式VR 眼鏡進行身臨其境的觀看。

用戶軟件直接進入主界面，左右上下轉動鼠標便可觀看此場景下的畫面。場景的切換有2 種方式，通過界面電子沙盤任意切換自己想進入的場景，也可按順序點擊畫面切換指示箭頭進行切換。點擊畫面內的相關鏈接說明，便可得到相對應的圖片、視頻、音頻和文字信息。

5 結語

全景圖片漫游技術在隧道內的應用，適應了“智慧地下工程”的時代，提供了一種新的記錄與呈現隧道施工情況的方法。不同于傳統紙質化、平面化的材料，它生動、立體、科技含量高，是信息時代下的產物。將其應用在隧道施工過程中不僅能提高施工管理質量，還能夠減少技術人員與專家進入隧道的次數，不僅避免了安全隱患，也能節省一部分工程開支。隨著技術的成熟，由于其具有高性價比，在不久的將來會大范圍地應用在隧道施工中，全景漫游技術在其他領域也將逐漸嶄露頭角。