無人機傾斜攝影技術在工程中的應用

李寶闖 武洋

摘 要：無人機傾斜攝影技術是近些年發展起來的一項高新產業，通過無人機對某一景觀進行多角度拍攝，通過空間三維運算處理之后形成三維模型的一種技術。這種技術的應用，大大降低人工測量的難度和工作量，使現場工作變得更加高效和直觀。我公司在2018年進行雄安新區截洪渠工程施工時，首次采用該技術進行了地物測量，并結合其他BIM技術搭建了4DBIM管理平臺，為工程的信息化管理奠定了基礎，并取得了良好的結果。

關鍵詞：拍攝;處理;建模;應用

中圖分類號：U675.4? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）03-0150-02

1工程概況

容城容東片區截洪渠一期工程是雄安新區建立之后的第一個實體工程，位于容城縣縣城與榮烏高速之間，西起大水大街，東至新建市民服務中心南側。目的是為最大程度解決容城部分城區積水問題，并為將來容城縣排水設施提標改造創造條件。主要工程內容包括地下雨水箱涵、進水管線和設施、一體化泵站、出水管線、場外道路修復、地上及地下管線遷改等內容，一期工程總造價1.73億元，設計總長度約5.7公里。

受周邊環境影響，本項目涉及大量拆改工作，并因工期緊、施工場地有限，致使工作段劃分、機械人員調配、土方倒運等受到諸多限制，需精心進行布局。為保證項目總平面規劃及工程組織推進安排更為合理，本項目采用BIM技術進行現場管理，而利用無人機傾斜攝影技術對全場進行建模，為BIM技術的應用奠定了基礎。

2傾斜攝影拍攝及模型建立

2.1路線劃分與拍攝

使用專業傾斜攝影無人機進行拍攝，需要在同一飛行平臺上搭載多臺鏡頭傳感器（目前常用的是五向鏡頭相機），同時從1向垂直、4向傾斜等不同角度采集影像，然后經數據處理形成實景模型。為清晰地顯示工作區域的實際情況，飛行范圍不僅需要涵蓋施工區域，還要包括周邊的區域。本項目拍攝范圍為榮烏高速及其以南共計150m范圍，榮烏高速以北包含施工區域以及城區共計350m范圍，里程6000m，拍攝范圍共計300萬平方米。受當地空域管制的影響，設定無人機飛行高度為50m，飛行軌跡間距50米。另外，本工程采用的為普通大疆精靈系列無人機，通過單鏡頭多次飛行模擬多鏡頭拍攝，需通過增加飛行路線和次數來增加成圖的精度，因此設定了垂直交叉的兩條飛行路線，每條路線往返飛行兩次，飛行路線布設如下圖所示：

無人機拍攝前，除設定飛行路線外，需注意設定拍攝的視頻或照片涵蓋相機位置、鏡頭信息等關鍵信息，作為數據形成的必備條件，選擇在無風天氣晴朗可視度良好的情況下進行拍攝。為保證順利完成三維建模并提高模型精度，控制飛行速度，照片的重疊率最少要在80%以上，同一物體連續拍攝的照片角度偏差不超過15度、拍攝至少不少于3張照片，不能有飛行速度和高度的突變以免出現數據模糊。如果有凸出、鏤空以及要求精確顯示的建筑物或工程實體部位，需要對局部進行多角度環繞拍攝采集。高度方向如過高，也應分層設置飛行軌跡。因無人機一般采用WGS84經緯網和橢球高程，提前對無人機的測量參數進行設定，避免形成的模型與需要的模型位置不一致，造成大量的后處理工作。

2.2數據處理及模型的建立

采用Bentley旗下的ContextCapture Center實景建模軟件進行數據處理和模型的建立，類似于測量工程中的三角交會法，數據處理的原理是通過分析照片的拍攝位置、角度以及鏡頭信息，通過三維運算計算出每一個像素點的坐標和參數，并通過不同照片的擬合疊加計算，自動去除偏差較大的數據點，在坐標系中形成數據點陣，將其像素信息進行顯示，從而形成物理的實景模型。數據處理流程如下圖所示：

將影像和照片導入軟件，如導入的材料為視頻，則需將其進行分割，一般每秒分割成10張照片左右即可滿足使用要求，圖像數量過多會導致計算量增加，如圖像信息過少則會導致模型精度降低。照片導入以后，系統對每一張照片信息進行鑒別，如照片信息不完善，可進行手動補充，必要時進行重拍、補拍。當所有圖像信息完善后，提交空間三維運算，完成后進行三維重建得到實景模型。這里需要注意的是，三維重建之前要根據計算機的性能進行瓦片分割工作，避免一次性計算量過大超過計算機處理能力造成系統崩潰。ContextCapture Center軟件進行數據處理及得到的實景模型如下圖3和圖4所示：

3成果應用

利用傾斜攝影的模型成果進行現場的布局和成果展示，較使用平面圖和照片、視頻等更能體現現場的實際情況，可從多角度、多方面分析現場的實際問題，使匯報和展示工作變得更加直觀、立體。尤其對現場涉及拆遷、拆改的部位，可在圖形中直接看到拆改需求和成果，將設計工作變得更加快捷。通過與施工建筑模型進行對比，可直觀地體現施工形象進度情況。另外，軟件自帶的測繪功能，可直接在圖中量取土場、基坑的面積和方量，大大降低了工程測量人員的工作強度，使土方管理更加方便快捷。我單位將傾斜攝影的成果與設計模型進行擬合，并導入到4DBIM項目管理平臺，實現了項目管理的信息化。如圖5、圖6所示。

4評價與展望

無人機傾斜攝影技術的應用，可大幅降低施工測量勞動強度，提高施工信息化水平，使專業領域的工作向非專業人員涵蓋。另外，該技術可與GIS技術、BIM技術等進行聯合，尤其在緊急事故救援、線性工程、露天礦業工程等土石方領域有著更高的應用前景。

參考文獻：

[1]周曉敏，孟曉林，張雪萍，彌永宏.傾斜攝影測量的城市真三維模型構建方法[J].測繪科學，2016，41（09）：159-163.

[2]楊國東，王民水.傾斜攝影測量技術應用及展望[J].測繪與空間地理信息，2016，39（01）：13-15+18.