无人机倾斜摄影技术在建筑工程领域的应用

王鹏 刘对萍

摘 要：本文介绍了无人机倾斜摄影技术的基本原理、发展背景，及其与传统测绘相比具有显著的优势，结合建筑规划设计、建筑施工及建筑竣工验收三个方面，详细阐述了无人机倾斜摄影技术不仅可以为建筑施工规划设计提供更加科学、高效、真实基础数据，并且能够科学的指导、检测建筑施工，更好的服务于竣工验收阶段，对其未来受到广泛应用进行了展望。

关键词：倾斜摄影；建筑规划设计；建筑施工；竣工验收；应用

中图分类号：TU1文献标识码：A

Abstract：This paper describes the basic principles of UAV tilt photography、Development Background、and it has significant advantages over traditional surveying and mapping，Combination of architectural planning and design、Building construction and building acceptance three aspects，Described in detail that UAV tilt photography technology can not only provide more scientific，efficient and real basic data for building construction planning and design.And able to scientifically guide and inspect building construction，Better service for completion acceptance，The future is widely used.

Key words：Oblique photography；Building planning and design；Construction；Completion cceptance；Application

建筑业是国民经济中的重要组成部分，“智慧城市”概念的提出，对城市建筑规划设计的要求更加严格，同时更多先进的科学技术被引进助推建筑业的发展，无人机倾斜摄影技术是极具代表性的一项技术。倾斜摄影技术是国际测绘领域近些年发展起来的一项高新技术，它颠覆了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从一个垂直及多个倾斜角度快速、高效地采集影像，符合人眼视觉的真实直观效果。应用Smart 3D Capture等软件建立三维地理信息模型，全方位研究地物，具有成本低、效率高、信息量大、精确度高、直观性强的特点，极广泛的应用于建筑施工各个阶段。

无人机倾斜摄影测量技术

1. 倾斜摄影测量技术原理

倾斜摄影技术是传统摄影的拓展和延伸，打破了传统影像只从垂直方向获取影像的局限，结合微型无人机飞行平台灵活性、快速性的特点，組成微型无人机倾斜摄影系统，实现了高效率、低成本获取地面物体更为完整准确的信息。[1]再通过专业计算机软件对获取的影像通过区域网络平差、匹配、DSM 生成、三维建模等流程[2]（如图1）。可以从各个方向对建筑物进行长、宽、高三维立体的测量和展示，识别地物的位置及大小属性，还能获取建筑物纹理细节，从而达到自动、快速、准确的、真实的空间数据重建效果，形成最终测绘产品（如图2）。

1. 倾斜摄影测量技术分析

倾斜摄影技术分析包括影像数据采集、数据处理及应用三个过程。

小型无人机通过搭载多台传感器从多个角度对地物进行拍摄，参照《1：500、1：1000、1：2000地形图航空摄影规范》（GB/T15661-2008）进行航线的规划设计，航飞航线一般敷设平行于航线边界及旁向边界外，航向及旁向的重叠率不小于75%，确保测区完全覆盖。航飞技术及时查看影像图片，删除不合格图片外，对于不满足建模要求的航飞影像图片要按原航线进行补飞。[3-4]

影像应用是基于Smart3DCapture软件进行三维建模，具有高精度、高效率、一体化的特点。在建模软件上加载影像，同时给定一定比例数量的控制点，软件采用光束法区域网整体平差，同名点位匹配，将全部点位加入到控制点坐标中，从而得到加密的特征点云，点云数据构成三角网，三角网之间构成TIN，再由TIN构成白模，软件根据影响中计算对应的纹理信息，并将纹理映射至白模上，最终形成三维模型。[5-6]

三维模型直观展现地物基本信息，同时模型可导入DP-Modle、3d Max、Cass等软件处理，输出DOM、DEM及正射影像，根据实际需求对模型进行处理应用（如图3）。

无人机倾斜摄影技术应用

2. 倾斜摄影与建筑规划设计

倾斜摄影在建筑规划设计中的应用主要为空间分析及规划审批方面，为智慧城市的建设提供了更加快速、科学、真实的数据。[7]一个城市需要有自己的特色，一个城市规划有多个方案设计，倾斜摄影技术可将设计方案加载至三维模型中，通过对比各个方案的优缺点及特色，辅助决策不同设计方案与目前城市规划的匹配度，达到优选方案的目的。同时根据整体城市规划目标，调整建筑群指标完成规划审批。

对于建筑规划设计，基本倾斜摄影模型的高真实性，规划相关分析的准确度大大提高了，主要应用表现在以下几个方面：（1）日照时间分析。三维辅助规划加载规划设计日照方案，评审整体方案的可行性及准确性，量化模拟对周边建筑日照时长的影响，对楼间距的基本规划指标进行定量分析和计算。（2）可视域分析。以某一个特定点作为视点具体位置，分析该点视域覆盖范围，用不同颜色区分可视域与盲区，此相分析多应用于安装摄像设备分析（如图4）（绿色区域为可见区，红色区域为不可见区）。（3）城市天际线分析。城市天际线对于城市布局十分重要，三维模型可以查看区域内建筑高度及超出限高的建筑群。（4）模型压平、方案对比分析。模型压平可将指定建筑模型压平，一方面可以模拟拆迁后的状况，对比多套拆迁方案，合理指导城市拆迁施工；另一方面，放置不同设计好的模型，实现规划后效果浏览、对比（如图5）。

2. 倾斜摄影与建筑施工

倾斜摄影在建筑施工中的应用主要为绿色施工及质量检测方面。[8]

倾斜摄影可应用于环境监测，通过对建筑现场PM2.5指标检测，控制施工现场扬尘。同时无人机在低空实拍现场图像，有利于技术人员对现场平面布置有直观的了解，便于施工管理。也可对人员进行监控，避免施工人员消极怠工的现象，同时可便于查看材料堆放位置，防止局部载荷过重（如图6），为工作人员营造一个积极、安全、绿色的施工区。

通过对三维数据模型的表面进行开挖，查看地下管線等设施的状态，实现地上地下一体化检测。三维模型能直观观察室外地沟附近的地形地貌，同时计算沟底与地面高程差，查看已挖的部分是否到位。通过高程差值对比，查看已挖的部位地形起伏变化，分析是否需要二次作业（如图7）。放管时，通过透视分析，生成管道及地面高程剖面图，直观观察已安装管道倾斜度，对于不符合要求的管道进行调整。管沟回填时，任何点位都带有坐标及高程，可画出等高线生产DEM，计算回填土方（如图8）。

2.3 倾斜摄影与建筑竣工验收

倾斜摄影在建筑竣工验收中主要应用于竣工地形图测绘方面，采用无人机低空倾斜摄影技术可以快速获取项目区域地表基础。首先采用基础测量手段RTK沿设计航线按规定间距布设像控点，然后根据设计航线进行全区域飞行，获取基础影像图片，最后内业使用数字摄影测量系统PixelGrid等软件实现影像匹配、像控测量、空中三角测量、DEM与正射影像图自动生成，即可快速生成1：500大比例尺地形图（如图9），且精度可达到1cm（如图10），便于后期建筑工程竣工测绘。

倾斜摄影三维模型可提供建筑竣工后相关地物的相对位置、高度、层数、一层地坪高及与周边建筑物关系，可以输出配套设施及绿地面积。输出的DLG线画图便于竣工测绘时核准建筑物之间的间距、与用地界线的距离相对于设计的差值，模型侧面纹理信息可核实建筑立面造型、外墙材料及颜色信息（如图10）。

3 展望及结语

无人机倾斜摄影技术能够为工程设计、施工和竣工验收提供最为宏观、真实基础数据，其获取数据的快速性、准确性、真实性远远优于传统测量方法，大大降低了成本，提高了工作效率，在建筑工程领域具有十分重要的应用前景。基于无人机倾斜摄影获得的影响图片，通过专业软件构建的三维实体模型，实质上就是反应是地表形态、现实建筑物等地物的数字模型，完全可以取代传统地形测量加影像图片所发挥的作用，且精度更高、时效强。

在设计阶段倾斜摄影三维数据可真实的反映地物的位置及大小属性特征，采集弥补了传统人工数据采集周期长，人力物力投资大及工作量大的缺点，能广泛应用于日照分析、可视域分析、城市天际线分析、模型压平对比分析，为规划设计提供最科学合理的方案。在施工阶段，可起到监工的作用，辅助室外工程管网施工的校验。在竣工验收阶段，三维模型的影响分辨率可达2cm，每个点位均具有空间坐标，同时能直观表现地形地貌特征及建筑物细节，能逼真的表现建筑的纹理及色彩，能同时输出DSM、DOM、TDOM、DLG等多种数据成果。

参考文献：

[1]李安福，曾政祥，吴晓明.浅析国内倾斜摄影技术的发展[J].测绘与空间地理信息，2014，37（9）：57-58.

[2]谭金石.基于倾斜摄影测量技术的实景三维建模及精度评估[J].现代测绘，2015，38（5）：12-13.

[3]周晓敏等.倾斜摄影测量的城市真三维模型构建方法[J].测绘科学，2016，41（9）：159-162.

[4]杨国东，王民水.倾斜摄影测量技术应用及展望[J].测绘与空间地理信息，2016，39（1）：13-18.

[5]徐生望.无人机倾斜摄影技术的应用[J].世界有色金属，2017（3）：148-149.

[6]王靖宇.浅谈无人机倾斜摄影测量技术及其应用[J].工程建设与设计，2017，200-201.

[7]陈志刚.倾斜摄影测量技术在数字城市建设中的应用[J].科技经济信息化，2017（18），28.

[8]李德仁，李明.无人机遥感系统的研究进展与应用前景[J].武汉大学学报，2014，39（5）：505-510.