关于全景施工监测技术在高速公路施工的应用

何柯，邓齐祝

（中国建筑第二工程局有限公司）

1 引言

施工项目的现场管理是工程管理的重要环节，关系到工程的质量和安全，涉及到企业管理的各层次和施工现场的每一位操作工人。巡检，则是项目优质、高效执行所必备的。建筑工程项目巡检是确保工程质量控制方式之一。传统施工现场巡检，现场数据信息采集及传输大多数采用现场实地巡检、线下数据信息处理传递，人工跟进处理结果的方式进行。对于大型集团公司多个项目同时巡检，且项目分布于各地，无法进行环境直接观察。对于高速公路或高铁建设等长距离施工项目，有些工点条件恶劣，实地巡检受时间、空间制约，巡检工作周期长、成本高、信息数据采集传递效率低下等缺陷。线性工程，如道路桥梁、轨道、市政类工程，工点分散，采用固定时间拍摄的图像、视频资料有一定的滞后性，只能反映巡检当时的信息，无法和工程进展同步更新。

上述缺陷的存在，影响建设单位对项目巡检的及时性、准确性，还可能导致项目施工进度和质量等受到影响。所以，为进一步提升工程巡检效率，确保工程巡检数据更准确、客观、及时，迫切需要研发一种全新的能实时、高效、准确反应工程现场全景信息的巡检系统，解决传统巡检方式存在的缺陷。近几年来全景漫游技术发展迅速，其中基于720 云的全景漫游技术以其真实感、高清画面、播放流畅等优点备受青睐。用户可以通过全景漫游，往来于各个场景之间，真正做到身临其境[1]。基于720云的室内全景的设计与实现，用于工程项目提高了巡检效率，是目前首选的新兴技术。

2 工程概况

项目为曲靖三宝至昆明清水高速公路（曲靖段）土建2 标项目，起点为曲靖市三宝镇，终点为昆明市清水村，支线起点为马龙县月望乡，终点为马龙县通泉镇昌隆铺村。全长70.85km，其中主线长58.53km，支线长12.32km。施工标段为土建2 标，施工范围为K28+400 ～K38+800 和LK0+700 ～LK13+011.426 两段。路线从过石桥、李子沟水库左侧傍山通过，然后下坡展线，经陡箐右转环山体布线设桥跨越大箐水库尾，再后路线顺地形布线，经麻栗坡水库下游，设置棠梨冲大桥跨越河沟和平地。路线一直向西下坡，在乱头村附近设置新峰互通服务于马鸣、纳章、大庄的交通，与本项目进行交通转换。主线出互通后路线设桥跨田坝向西北沿山脚布线经下营，沿地形布线，路线设桥跨沟和田坝行至新村，以路堑挖方穿过一山体，过老角寨，设置马龙互通。路线继续向北设桥跨沟和田坝，向西过莲花山垭口至终点昌隆铺。连接在建宣曲高速公路大瓦仓至昌隆铺段（曲靖西北过境段高速）设置昌隆铺枢纽互通与现有G56 杭瑞高速（昆曲高速）联通。

3 全景图施工

3.1 硬件选择

完成航拍全景制作前需要选择合适的无人机，在保证能顺利完成航拍任务的情况下，尽量给项目节约成本，经过对比分析飞行参数，包括最大控制距离、飞机续航时间、航拍照片像素等。最终确定使用性价比高的大疆御2 无人机来完成项目的航拍任务。

3.2 路线全景拍摄

1）航测流程

无人机携带的镜头有多种：鱼眼相机、多镜头相机、正常相机等。大疆御2 采用常规的平面拍照方式，因此每个全景拍摄需要无人机悬停在空中，通过转动无人机云台对整个场景进行360 度的照片拍摄，其中天空部分是不能使用无人机进行拍摄的地方，其处理完全靠后期制作。

2）照片拍摄要求

整个镜头能看到的全部有景区域，相邻两张航拍照片衔接部分应达到30%，建议衔接范围为30%～45%，提高后期照片合成的成功率。不建议每张照片的重叠度过多，因为首先拍照效率会降低，对无人机电池续航能力是个考验，其次，在后期合成过程中可能出现无端的照片错误，降低合成效率（见图1）。

3.3 全景照片制作

在完成项目的全景照片拍摄之后，需要对整个图片素材进行整理加工，流程如下。

1）图片分选整理

将同一个全景的照片分类到提前建立的文件夹，要注意分图文件夹不能出现其他全景的图片，否则不能生成全景图片，降低全景制作的效率。

2）利用PTGui 软件处理全景

在一般情况下需要3 个基本步骤：加载已经分类完毕的全景图片，即将整个全景相关的照片素材通过软件加载到一起，由于采用的是同一摄像机完成的图片拍摄，不存在图片分辨率及尺寸不统一，因此不需要进行图片加工。对准图像，就是对每张图片进行分析，通过图片的重叠度对图片进行整合、删减及变形处理。最后生成全景图片。

3）问题处理

整个全景制作期间极有可能出现各类型问题，需要进行适当调节设置参数，该软件对准计算法则是基于浮点预算来的，可能第一次对准图像后，全景拼接不正确，有时需要多次进行相同的操作来完成全景正确对准。如果出现由于偏位导致的单片拼接错误，可以利用“混合优先级”调整该区域的图片显示优先级完成全景图片显示修改（见图2）。

3.4 沙盘制作

定位沙盘制作，项目长达23.7km 多，在全景制作中按大约300m 一个全景的距离分布，沙盘协助各个全景位置确立，给使用全景的人员清晰明了的分析项目现场情况。

项目已经完成了BIM 模型建立，在Infraworks 软件中，建立了完整的路线模型，其地理信息完全依据最新的Googl地图完成，利用BIM 模型导出的图片建立全景沙盘，不仅可以体现整个路线的走向，而且地面贴图和现场的航拍画面基本吻合。

项目搭建实体沙盘，结合模型，实现项目周边环境和施工布置的真实还原，整体展示项目施工成型效果，确保施工质量，提高各方沟通协调效率。

图1 分段航拍图

图2 全景图片

1）全景整合

利用“720 云”客户端将所有全景素材按照顺序逐一导入软件，由于全景数量多，单张图片大，建议在网络环境较好的区域完成上传工作，并对上传的全景重新命名。

2）桩号点位标注

整个路线的全景图制作完成后，必须对其进行桩号点位标注，项目专业的测量人员，在完整理解分析施工图纸后，对各个区域的点位与现场实际结合，利用720 客户端的热点功能，添加道路施工过程中与地形的接触范围轮廓并间隔100m 标注桩号。施工道路中有较多的特殊构造，比如桥梁、隧道、涵洞等，添加其他样式的热点并制作该构造的相关信息，对道路沿线基本情况进行详细介绍（见图3）。

3）经济效益分析

技术在智慧工地应用中主要扮演两个角色，以无人机航测技术对基础设施项目施工区域进行记录，按距离及时间间隔制作全景，为项目提供施工现场资料及拆迁留底资料；以项目策划为基础，制作施工现场布置BIM 模型全景，给项目提供施工策划分析资料。

以单月为单位进行经济效益分析，内容如表1：

4 结语

目前工程巡检工作中不同项目不同巡检人员形成的巡检结果，存在主观判断因素、纯文本巡检报告记录繁琐且不便查找、管理人员无法全方面了解工程信息而导致决策效率低下、工程整体数据无法集成一体化、巡检时空无法与工程进度同步。“工蜂视联平台”利用在现场建设工程实景信息采集系统及VR 摄像头等设备，全视角采集工地的各种信息，并利用物联网技术等将信息传回巡检系统的“大脑”，与系统管理端已完成的工程BIM 模型挂接，实现对工程信息的全方位巡检及信息数据的高速处理分析，快速形成所需的工程信息，并且根据工程实际巡检的需要，可移动、实时、全方位查看工程实景并做出决策，解决了多个项目分散在不同地域难以同步开展巡检的难题。

全景施工监测不仅解决了目前工程巡检中存在的诸多难题，如消除巡检人员的主观判断因素，摒弃纯文本记录，大幅度提高经常性巡检和定期巡检的工作效率，大大降低人力和财力支出等，而且彻底颠覆了传统的巡检模式，实现巡检数据资料的集成一体，信息化保存及多个项目分散在不同地域同步开展巡检，突破巡检工作的时空界限，达到巡检工作的可移动性、实时性、智能性，具有广阔的应用前景。

图3 全景整体效果

表1 航测经济效益月度分析对比表