无人机倾斜摄影技术在工程中的应用

李宝闯 武洋

摘 要：无人机倾斜摄影技术是近些年发展起来的一项高新产业，通过无人机对某一景观进行多角度拍摄，通过空间三维运算处理之后形成三维模型的一种技术。这种技术的应用，大大降低人工测量的难度和工作量，使现场工作变得更加高效和直观。我公司在2018年进行雄安新区截洪渠工程施工时，首次采用该技术进行了地物测量，并结合其他BIM技术搭建了4DBIM管理平台，为工程的信息化管理奠定了基础，并取得了良好的结果。

关键词：拍摄;处理;建模;应用

中图分类号：U675.4           文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2021）03-0150-02

1工程概况

容城容东片区截洪渠一期工程是雄安新区建立之后的第一个实体工程，位于容城县县城与荣乌高速之间，西起大水大街，东至新建市民服务中心南侧。目的是为最大程度解决容城部分城区积水问题，并为将来容城县排水设施提标改造创造条件。主要工程内容包括地下雨水箱涵、进水管线和设施、一体化泵站、出水管线、场外道路修复、地上及地下管线迁改等内容，一期工程总造价1.73亿元，设计总长度约5.7公里。

受周边环境影响，本项目涉及大量拆改工作，并因工期紧、施工场地有限，致使工作段划分、机械人员调配、土方倒运等受到诸多限制，需精心进行布局。为保证项目总平面规划及工程组织推进安排更为合理，本项目采用BIM技术进行现场管理，而利用无人机倾斜摄影技术对全场进行建模，为BIM技术的应用奠定了基础。

2倾斜摄影拍摄及模型建立

2.1路线划分与拍摄

使用专业倾斜摄影无人机进行拍摄，需要在同一飞行平台上搭载多台镜头传感器（目前常用的是五向镜头相机），同时从1向垂直、4向倾斜等不同角度采集影像，然后经数据处理形成实景模型。为清晰地显示工作区域的实际情况，飛行范围不仅需要涵盖施工区域，还要包括周边的区域。本项目拍摄范围为荣乌高速及其以南共计150m范围，荣乌高速以北包含施工区域以及城区共计350m范围，里程6000m，拍摄范围共计300万平方米。受当地空域管制的影响，设定无人机飞行高度为50m，飞行轨迹间距50米。另外，本工程采用的为普通大疆精灵系列无人机，通过单镜头多次飞行模拟多镜头拍摄，需通过增加飞行路线和次数来增加成图的精度，因此设定了垂直交叉的两条飞行路线，每条路线往返飞行两次，飞行路线布设如下图所示：

无人机拍摄前，除设定飞行路线外，需注意设定拍摄的视频或照片涵盖相机位置、镜头信息等关键信息，作为数据形成的必备条件，选择在无风天气晴朗可视度良好的情况下进行拍摄。为保证顺利完成三维建模并提高模型精度，控制飞行速度，照片的重叠率最少要在80%以上，同一物体连续拍摄的照片角度偏差不超过15度、拍摄至少不少于3张照片，不能有飞行速度和高度的突变以免出现数据模糊。如果有凸出、镂空以及要求精确显示的建筑物或工程实体部位，需要对局部进行多角度环绕拍摄采集。高度方向如过高，也应分层设置飞行轨迹。因无人机一般采用WGS84经纬网和椭球高程，提前对无人机的测量参数进行设定，避免形成的模型与需要的模型位置不一致，造成大量的后处理工作。

2.2数据处理及模型的建立

采用Bentley旗下的ContextCapture Center实景建模软件进行数据处理和模型的建立，类似于测量工程中的三角交会法，数据处理的原理是通过分析照片的拍摄位置、角度以及镜头信息，通过三维运算计算出每一个像素点的坐标和参数，并通过不同照片的拟合叠加计算，自动去除偏差较大的数据点，在坐标系中形成数据点阵，将其像素信息进行显示，从而形成物理的实景模型。数据处理流程如下图所示：

将影像和照片导入软件，如导入的材料为视频，则需将其进行分割，一般每秒分割成10张照片左右即可满足使用要求，图像数量过多会导致计算量增加，如图像信息过少则会导致模型精度降低。照片导入以后，系统对每一张照片信息进行鉴别，如照片信息不完善，可进行手动补充，必要时进行重拍、补拍。当所有图像信息完善后，提交空间三维运算，完成后进行三维重建得到实景模型。这里需要注意的是，三维重建之前要根据计算机的性能进行瓦片分割工作，避免一次性计算量过大超过计算机处理能力造成系统崩溃。ContextCapture Center软件进行数据处理及得到的实景模型如下图3和图4所示：

3成果应用

利用倾斜摄影的模型成果进行现场的布局和成果展示，较使用平面图和照片、视频等更能体现现场的实际情况，可从多角度、多方面分析现场的实际问题，使汇报和展示工作变得更加直观、立体。尤其对现场涉及拆迁、拆改的部位，可在图形中直接看到拆改需求和成果，将设计工作变得更加快捷。通过与施工建筑模型进行对比，可直观地体现施工形象进度情况。另外，软件自带的测绘功能，可直接在图中量取土场、基坑的面积和方量，大大降低了工程测量人员的工作强度，使土方管理更加方便快捷。我单位将倾斜摄影的成果与设计模型进行拟合，并导入到4DBIM项目管理平台，实现了项目管理的信息化。如图5、图6所示。

4评价与展望

无人机倾斜摄影技术的应用，可大幅降低施工测量劳动强度，提高施工信息化水平，使专业领域的工作向非专业人员涵盖。另外，该技术可与GIS技术、BIM技术等进行联合，尤其在紧急事故救援、线性工程、露天矿业工程等土石方领域有着更高的应用前景。

参考文献：

[1]周晓敏，孟晓林，张雪萍，弥永宏.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（09）：159-163.

[2]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（01）：13-15+18.