基于無人機傾斜攝影技術(shù)在工程建設(shè)中的應用研究

于成紅 楊果 李存 黃博 任龍

摘要：近年來，基于無人機的傾斜攝影技術(shù)是國際測繪領(lǐng)域發(fā)展起來的一項新技術(shù)，改變了正射影像從垂直角度的限制。通過一個垂直、四個傾斜、五個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。它不僅能夠真實地反映地物情況，高精度地獲取物方紋理信息，還可進行先進的定位、融合、建模等技術(shù)，真實的生成三維模型。

關(guān)鍵詞：無人機傾斜攝影技術(shù);高效迅速地建立建筑模型;加強項目信息化;智慧建造

一、無人機傾斜攝影技術(shù)介紹

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

二、應用實例介紹

2.1成華區(qū)團結(jié)村跳蹬河南路9號新建商品住宅、商業(yè)用房及附屬設(shè)施項目（一期）概況

成華區(qū)團結(jié)村跳蹬河南路9號新建商品住宅、商業(yè)用房及附屬設(shè)施項目（一期）項目位于四川省成都市成華區(qū)團結(jié)村跳蹬河南路9號，總建筑面積8.6萬㎡，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)院項目概況

四川泰康西南醫(yī)院項目位于四川省成都市天府新區(qū)華陽街道二江寺村五、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無人機傾斜攝影技術(shù)應用要點

利用無人機傾斜攝影技術(shù)獲取項目高分辨的多視角多方位影響數(shù)據(jù)，再運用ContextCapture強大的基于圖像密集匹配技術(shù)的快速三維場景運算功能，進行傾斜攝影空中三角測量解算，再進行地面景物的逼真實景真三維重構(gòu)，最終達到實現(xiàn)全要素的三維項目模型及場景生產(chǎn)的目的。

其工藝流程如下：

2.4無人機傾斜攝影數(shù)據(jù)采集

本實例中航測數(shù)據(jù)根據(jù)項目實際進度分階段進行采集，無人機航攝作業(yè)全程采用軟件輔助自動拍攝。對于復雜部位，采用手動操作無人機的方法補充拍攝數(shù)據(jù)。

2.4.1標靶控制點設(shè)置

傾斜攝數(shù)據(jù)采集前的準備工作中，控制點的布置作為基準數(shù)據(jù)是不可或缺的。場地占地面積平均每10000m2布置2個控制點，鄰點間距不大于80m，且總數(shù)不少于5個控制點，構(gòu)成閉合控制網(wǎng)，同時利用全站儀測量并記錄每一個控制點的坐標及高程，控制點精度要求為閉合差±4mm√N（N為測站數(shù)）。為了便于無人機數(shù)據(jù)采集的識別，可在數(shù)據(jù)采集前，制作1m×1m的紙質(zhì)標靶固定于控制點之上。

2.4.2場地清理

為了避免場地內(nèi)雜物對數(shù)據(jù)精度造成影響，數(shù)據(jù)采集前，應對場內(nèi)堆放的材料及機具進行調(diào)運或清理。

2.4.3無人機參數(shù)設(shè)置

影響無人機獲取影像精度的主要因素有航線、相對航高、重疊度等，實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。航線應呈帶狀按次序逐步覆蓋全部場地，實現(xiàn)對地形邏輯有序的全覆蓋航攝。同時，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

具有多個傳感器和攝像頭的無人機，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，影像記錄的同時也記錄了無人機視點的POS（經(jīng)緯度）信息。航攝過程中注意應有一定數(shù)量的圖像攝有標靶控制點，以便修正生成的三維模型的坐標信息。

2.5三維建模

2.5.1添加影像數(shù)據(jù)

使用ContextCapture軟件添加無人機采集的影像數(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空間三維計算

利用軟件導入象控點信息，對點云模型刺點對齊，調(diào)整模型整體坐標的位置和傾角，進行空間三維計算。

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

2.5.3三維重建

經(jīng)過空間三維計算和點云信息處理，生成高程信息模型，進行表皮紋理數(shù)據(jù)貼附，合成最終的三維實景場地模型。

三、無人機傾斜攝影技術(shù)的特點總結(jié)

3.1減少測量工作

相比傳統(tǒng)測繪建模工作，利用無人機的傾斜攝影技術(shù)不受項目地形限制，減少了測量人員野外作業(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)采集快捷準確

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

3.3實現(xiàn)數(shù)據(jù)的三維可視化

利用無人機傾斜攝影技術(shù)采集數(shù)據(jù)后，再使用ContextCapture軟件進行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)可根據(jù)實際需要進行編輯調(diào)整，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的三維可視化，做到了“所見即所得”。

3.4提高建模工作效率

利用傾斜攝影測量和建模的關(guān)鍵支撐點——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，同時也降低建模的生產(chǎn)成本。

3.5質(zhì)量控制要點

航測數(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大，避免模型生成時的識別錯誤。模型的精準度依賴于航測數(shù)據(jù)的畫幅數(shù)量以及航測角度、重疊率等，模型精度應控制在點數(shù)據(jù)±5cm 的偏差內(nèi)。

四、結(jié)語

目前無人機在建設(shè)項目中已得到了廣泛應用，結(jié)合GIS技術(shù)及BIM軟件可將無人機應用進行多維度的應用拓展，為項目施工及管理帶來實質(zhì)性的效率提升，提高無人機的應用頻率和效果。數(shù)據(jù)采集過程中，無人機采集數(shù)據(jù)不限于地形地貌，減少了測量人員野外作業(yè)工作量，降低了測量工作的危險性，同時，無人機三維逆建模技術(shù)可視化程度高，減少了過程中建立三維模型的時間，并能應用于土方量計算等工作中，提高了施工人員工作效率，取得一定的經(jīng)濟效益。助力智慧工地的建設(shè)，滿足智能建造需求。

參考文獻：

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[3]《低空數(shù)字航空攝影規(guī)范》（CH/Z 3005-2010）

[4]《工程測量規(guī)范》（GB50026—2007）