无人机倾斜摄影技术在工程中的应用

刘冬冬，李骏逸，宦小松，游新兴，陈益超

（1.中建三局集团有限公司西南分公司，四川 成都 610041；2.四川良友建设咨询有限公司，四川 成都 610095）

0 引言

倾斜摄影测量技术是近几年来迅速发展起来的1项高新技术。它将传统垂直拍摄的正射影像，改变为利用无人机采集同一事物的前、后、左、右、垂直5个影像，再通过软件合成，形成更直观真实的模型。如今的工程建设领域测量仍依赖劳动强度大的人工作业模式，速度慢、效率低，无人机倾斜摄影技术无疑给当下工程建设发展提供了新思路。无人机倾斜摄影具有低成本与高机动性的优势，利用先进的数字化摄影测量技术、定位技术、GIS技术，使信息采集和监测工作不受人员、交通条件的限制，实现了对建设目标与空间位置的全方位信息捕捉。本文围绕无人机倾斜摄影技术在工程建设中的应用，研究倾斜摄影技术、实景建模技术、土方测量技术等，为工程建设行业多维度信息化、数字化发展提供助力。

1 倾斜摄影技术在实际工程项目中的应用

在工程设计阶段，通过倾斜摄影技术得到真实还原现场环境的三维实景模型，能更好地开展设计施工，该模型清晰、完整、真实地将项目展示给观众，对区域内的房屋、道路、配套等进行高精度建模还原，将其位置关系完美地展示。

在施工阶段，利用倾斜摄影技术能够准确地掌握现场情况，配合其他设备，可更智能、轻松、高效地完成项目管理，实时地对进度、人员、安全等方面进行管理和掌控。通过倾斜摄影中的测量功能，能在减少人力成本的情况下准确获得测量数据，实现长度、面积、体积等测绘。该技术目前可应用于土方测量、误差比对等工作。无人机倾斜摄影测量技术，所展现的三维立体实景的精细数据可高效地拍摄记录摄影时的细节和每个瞬间，它所要研究的地区地面画面的每个角度所展现的画面信息和三维立体坐标数据极重要。

1）无人机倾斜摄影测量技术具有高效率、超高分辨率、超高精准度、超高性价比等获取影像的优势。

2）可准确、真实地展现需要研究地区的地上房屋和周边环境的具体情况，弥补对正射影像的漏洞。

3）三维实景模型有着匀色良性，扩展摄影测量的数据。

4）无人机倾斜摄影测量技术可对目标的侧面纹理进行数据采集，建设三维城市建模成本。

5）对比正射影像展示的GIS三维数据，无人机倾斜摄影测量技术所拍摄的三维实景模型的数据比较小，更方便研究和传播。

1.1 倾斜摄影技术的进度管理应用

倾斜摄影技术为施工进度管理提供巨大助力，在降低人力成本的同时，通过对在建项目的航拍，准确、真实地反映进度情况。配合720云等软件，生成操作便捷的模型二维码，让部分无法在现场的参建人员如同身临其境地掌握现场情况。随着5G时代的到来，还能实现无人机对在建项目的实时直播。以某在建项目为例，项目分为2个地块，距离约为1km。通过无人机航拍，减少了往返于两项目之间记录进度的工作。当不在现场的业主急切地希望掌握两项目支吊架拆装情况时，通过无人机航拍，生成二维码，让业主全方位准确掌握现场情况，指导现场工作。

1.2 倾斜摄影技术在市政规划中的应用

倾斜摄影技术在市政规划中也能起到重要作用。众所周知，市政道路项目跨度长、地形多变，采用常规测绘手段耗时长且人力成本高，而使用倾斜摄影技术便能轻松高效地解决这一问题。以在建项目成德大道为例，项目为跨度30km的城际快速通道扩建，项目难点在于横跨多条主要干道及绕城高速、铁路、河流等，通过常规的测绘手法很难对项目现场情况准确地掌握，采用无人机倾斜摄影测量技术则顺利地解决了许多问题。如项目道路扩建涉及路边凤凰山音乐广场拆迁工作，通过无人机倾斜摄影模型制作，精准定位规划道路与音乐广场的位置关系，辅助方案设计单位调整、验证方案的可行性，极大降低了项目返工的风险。

此外，在项目难点金芙蓉大桥的方案设计中，通过倾斜摄影模型确定了铁路、河流和熊猫大道的位置关系，并结合当前方案的实景建模分析认为，如按照当前方案施工，对周边环境及道路的迁改工作较为复杂。为此，召开专题方案讨论会，最终修改设计方案，在项目降低成本的同时，满足了车流量的需求。

倾斜摄影模型结合BIM技术，对项目具有重要作用。随着交通量日益增长，地铁成为当下最常见的交通出行方式，而地铁项目大多是在现有道路、老城区等人流、车流压力较大的路段施工。倾斜摄影技术对现场精确还原，对实地现场情况做到可视化测量、展示、规划和设计。在项目初设阶段，通过实景三维建模还原选址现场，把场地布置或建筑设计方案与倾斜摄影模型融合，进行方案比选和规划。再通过BIM录入参数化的相关数据信息，进行选址现场模拟分析，实现选址现场的可视化展示。在项目施工初始阶段，通过倾斜摄影模型结合BIM建模，可根据现场施工情况制作完整的施工模拟，在工程设计阶段规避施工中可能遇到的风险，在施工进行阶段，通过倾斜摄影模型与BIM结合，实时展现项目施工进度，做到鸟瞰全景、胸有全局，随时随地三维可视化监控工程进度，并提前发现问题，保证项目在工期内顺利完成。

1.3 倾斜摄影技术的土方平衡工程量计算应用研究

1.3.1 技术可行性论证

传统的土方量计算有方格网法、三角网法、断面法3种。其中三角网法用于地形起伏变化较大的面状工程中，其计算精度与野外采点质量有直接关系。倾斜摄影测量的土方量方法计算普遍适用于各种地形和工程项目，其基本计算原理与三角网法计算方法相同，计算精度可靠，计算结果受测量方法和计算方法影响小。因此，通过将倾斜摄影、BIM技术用于土石方平衡计算，以达到土石方工程量的精确计算和项目投资成本的有效管控。

1.3.2 应用流程及内容

对课题研究目的进行分解，确定研究内容，并针对不同研究内容选择合适、科学的研究方法，是课题研究目标实现的关键。

1）数据采集研究方法 研究无人机倾斜摄影方式方法，包括无人机航拍方式选择、拍摄参数设置、飞行路径设计、航拍环境研究等。

2）精确实景模型创建研究方法 包括航拍数据处理平台选择、平台配置及功能、空三数据处理工作流、模型生成及模型精度的验证及数据处理方法修正的研究。

3）土石方工程量计算研究方法 结合土石方开挖方案，基于实景航拍模型进行基坑填方、挖方工程量的精确计算。

4）应用案例分析 倾斜摄影技术还可运用于施工总土方平衡算量。土方计算因受计算规则和人员因素影响较大，一直被视为难以准确计算的工程量之一。通过软件平台与实际工程情况对比，验证了倾斜摄影技术得到的长度、面积、容积的真实性。结合项目情况，可大量运用于项目运作中。

以测量项目围挡为例，模型测量高度为5.95m，而图纸实际高度为6.00m，偏差率为8.00%。

以售楼部别墅样板间为例，模型测量其正投影面积为183.84m2，通过图纸测量其平面面积为183.77m2，偏差率为0.3%。

2 精确航拍技术研究

获得1个精准的倾斜摄影模型需优秀的航拍技术。就飞行环境而言，无人机航拍需注意风力不宜超过三级、保证飞行器与控制器的GPS信号、飞行器电池电量、保证飞行器与周边建筑及树木的距离、限飞及限高等因素。在拍摄手法上，航拍路线极为重要，“拍照模式”可选择等间隔拍摄或等时差拍摄，需注意的是，“等距间隔拍照”中拍照间隔越短，飞行速度越慢，所需飞行时间越长，拍照数量不变；“等时间隔拍照”中拍照间隔越短，飞行速度越快，飞行时间越短，拍照数量越多，在确保电池电量情况下，增加拍摄照片数量，增加单次巡航航程，调高照片重复覆盖比例，都能有效提高倾斜摄影模型的质量。针对体量较大的工程，如道路，在航拍每段工程时，应确保飞行高度一致、飞行区域大小一致，且相邻两端航拍照片有重合点。

3 结语

随着5G时代到来，大数据需求增长，无人机倾斜摄影技术无疑在未来的工程建设中将发挥重要的作用，倾斜摄影技术的高效、真实性让工程建设人员能更加准确、迅速地获得工程空间数据。目前，在工程建设中，航拍数据可转化成DLG、DOM与DSM等不同数据格式，如若在工程中统一数据格式，标准化制作，该技术无疑将得到更大提升。另外，在数据处理过程中，对硬件软件都有限制，相信随着5G技术、云技术的提升，较为冗长的数据处理过程将大大减短，无人机倾斜摄影技术必将在建筑领域占有一席之地。