王永生，盧小平，朱　慧，焦金龍

(1. 河南理工大學(xué)礦山空間信息技術(shù)國家測繪地理信息局重點實驗室,河南 焦作 454003； 2. 河南省遙感測繪院，河南 鄭州 450003; 3. 河南省金地遙感測繪技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450003)

前坪水庫位于淮河流域沙潁河支流北汝河上游，河南省汝陽縣的前坪村，是以防洪為主，結(jié)合灌溉、供水，兼顧發(fā)電的大型水庫，水庫總庫容5.84億m3，控制流域面積1325 km2。前坪水庫工程是河南省重點水利工程，同時也是我國“十三五”期間重點建設(shè)的172項重大水利工程之一?，F(xiàn)代社會中，遙感技術(shù)已成為人類獲取地理環(huán)境及其變化信息的必備高科技手段[1]。本文綜合利用多類型無人機(jī)搭載不同傳感器進(jìn)行航空攝影，采集水庫主體庫區(qū)及局部重點施工區(qū)影像數(shù)據(jù)，制作水庫實景三維地理信息模型，并與設(shè)計模型聯(lián)合應(yīng)用，提高展示效果，輔助工程建設(shè)管理，從BIM服務(wù)入手為水庫設(shè)計、建設(shè)、運行提供全生命周期服務(wù)。

1　無人機(jī)低空遙感

1.1　無人機(jī)平臺

根據(jù)前坪水庫建設(shè)工程對三維模型精度需求劃分不同的作業(yè)區(qū)域，主體庫區(qū)建立實景三維粗模，局部大壩及附屬設(shè)施等重點施工區(qū)建立實景三維精模。由于庫區(qū)地處豫西伏牛山區(qū)，地形較為復(fù)雜，適合采用無人機(jī)航空攝影測量方法進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取和三維建模。本文選用長航時固定翼油動無人機(jī)和電動六旋翼傾斜攝影無人機(jī)作為空間數(shù)據(jù)獲取平臺，采用聯(lián)合作業(yè)建模的工作模式。無人機(jī)平臺及搭載見表1。

1.2　無人機(jī)航空攝影

為滿足制作DOM要求，固定翼無人機(jī)航飛航向、旁向重疊度分別設(shè)計為70%、40%；同時針對重點施工區(qū)域，采用電動多旋翼無人航飛用于實景建模，為保障后處理影像匹配精度及三維場景真實還原效果，在地形高差允許范圍內(nèi)，采用降低飛行高度或使用短焦鏡頭等手段，獲取地物側(cè)面高清紋理。表2為航攝指標(biāo)設(shè)計參數(shù)。

無論是檔案數(shù)字化建設(shè)、現(xiàn)代信息技術(shù)的應(yīng)用，還是檔案服務(wù)平臺的搭建，都需要高校檔案館從頂層設(shè)計著手，通過規(guī)范檔案工作流程、建立檔案利用服務(wù)工作平臺。目前有許多高校檔案館雖然開設(shè)了很多服務(wù)渠道，如高校檔案網(wǎng)站、微信公眾號、移動手機(jī)APP、高校檔案管理系統(tǒng)等，但由于缺乏整體布局，沒有建立與各項服務(wù)渠道、服務(wù)方式相適應(yīng)的工作流程和規(guī)范，線上、線下優(yōu)勢得不到同步，使高校檔案利用服務(wù)工作流程難以實現(xiàn)優(yōu)化，花費了大量的時間和經(jīng)費，沒有起到好的效果。

表1　無人機(jī)平臺及搭載

表2　無人機(jī)航攝設(shè)計

1.3　像控點布設(shè)

前坪水庫主體庫區(qū)控制校核線呈不規(guī)則帶狀，以河道貫穿中線的地形特征，本文采用“內(nèi)部沿河道中線布設(shè)、外圍邊角控制”均勻布點方案，共布設(shè)像控點位40個，檢查點6個；重點施工區(qū)形狀為矩形區(qū)域，采用四角兩邊法區(qū)域網(wǎng)布點，布設(shè)控制點位19個，檢查點6個。布設(shè)的控制點如圖1所示。

圖1　像控點布設(shè)接合圖

2　水庫實景三維建模

以固定翼無人機(jī)單鏡頭獲取的正攝影像與多旋翼無人機(jī)五鏡頭傾斜影像為數(shù)據(jù)源，采用影像匹配彩色點云數(shù)據(jù)技術(shù)和三維網(wǎng)格優(yōu)化算法，實現(xiàn)自動三維重建、紋理映射、連接點重構(gòu)紋理和重建約束，快速建立了高精度水庫實景三維模型，并成功應(yīng)用于水利BIM[2-6]。

(1) 由于衛(wèi)星定位原始數(shù)據(jù)為WGS-84坐標(biāo)系，因此在數(shù)據(jù)導(dǎo)入前需要進(jìn)行平面和高程坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，以解決POS和像控點坐標(biāo)不一致的問題。

2.1　三維建模技術(shù)流程

(3) 模型編輯處理。如對刪除碎片、水面修補(bǔ)等進(jìn)行修改操作，將*.3mx格式瓦片轉(zhuǎn)換成*.obj格式導(dǎo)入第三方軟件(如Geomagic、3ds Max等)進(jìn)

圖2　庫區(qū)全自動實景真三維制作

由圖2可知，通過對庫區(qū)高重疊度影像進(jìn)行處理，獲取大量連接點，并在此基礎(chǔ)上建立精細(xì)TIN模型及三維白模，采用映射的方式將高清影像紋理映射到三維白模表面，最終實現(xiàn)實景三維的自動生產(chǎn)。

2.2　技術(shù)難點解決方案

在三維建模過程中，采用的軟件雖然自動化程度較高，但仍然存在POS和像控點坐標(biāo)不一致、外方位元素未知等技術(shù)難點。為保證模型的精度，本文采用以下具體的人工干預(yù)步驟：

值得注意的是，教師課后要及時批閱學(xué)生習(xí)作并反饋，除關(guān)注單詞拼寫或語法錯誤外，應(yīng)更多關(guān)注語篇的邏輯結(jié)構(gòu)、語言表達(dá)方式等；可采用分期面批的形式，用激勵性評價，鼓勵學(xué)生大膽表達(dá)；同時，要提出修改建議，讓學(xué)生清楚自己寫作的優(yōu)劣，不斷取得進(jìn)步；最后，布置學(xué)生制作班級寫作板報，把優(yōu)秀作品張貼到學(xué)習(xí)園地里，進(jìn)行展示或交流，或發(fā)送到QQ群、微信群里，與家人、好友共賞，提高學(xué)生寫作的興趣和積極性。

(2) 影像空間位置和姿態(tài)信息附加。為使POS數(shù)據(jù)中的點名與相應(yīng)影像名稱完全一致，利用Excel表格模板將影像名稱和POS數(shù)據(jù)導(dǎo)入。

將原始影像整理成果、POS數(shù)據(jù)等導(dǎo)入Smart3DCapture軟件，經(jīng)像片刺點、幾何處理、自動匹配空三、構(gòu)建TIN模型、貼紋理、構(gòu)建三維模型等步驟，實現(xiàn)實景三維建模。整個過程自動化程度高，正射影像和傾斜影像全自動聯(lián)合空三，并為建(構(gòu))筑物創(chuàng)建高密度的不規(guī)則三角網(wǎng)，并自動貼紋理，具體如圖2所示。

在可比性方面，首先要求相同或類似的經(jīng)濟(jì)活動或事件在不同的政府結(jié)算單位進(jìn)行，根據(jù)統(tǒng)一的政策，按照政府要求，確保會計信息具有可比性，以提高部門和會計單位之間的可比性信息。其次，相同或類似的事業(yè)單位或業(yè)務(wù)問題需要相同的政府部門進(jìn)行處理。發(fā)生在不同的會計計算期間時，應(yīng)該是一致的會計政策，不會進(jìn)行徹底的改變，大大提高了不同時期機(jī)構(gòu)結(jié)算信息的可比性。

足球課堂的主要任務(wù)是完成足球教學(xué)目標(biāo)。良好的足球課堂秩序為一節(jié)課的順利進(jìn)行，目標(biāo)的達(dá)成打下堅實的基礎(chǔ)。短短的四十分鐘，要想完成課的目標(biāo)，需要教師充分的課前準(zhǔn)備，精心的設(shè)計，并建立良好的足球課堂秩序，使學(xué)生形成良好的行為習(xí)慣，提高足球教學(xué)效果。

利用無人機(jī)低空遙感對前坪水庫進(jìn)行實景三維模型，尤其是三維精細(xì)模型在水利工程BIM得到了成功應(yīng)用，將實景模型與虛擬模型疊加融合應(yīng)用于水利工程建設(shè)管理全生命周期，可以使水利工程投資分析、設(shè)計、施工、管理等更加科學(xué)精準(zhǔn)[8-10]，如圖4—圖6所示。

2.3　建模精度及分析

三維建模精度是通過量測模型上檢查點的三維坐標(biāo)與外業(yè)實測值進(jìn)行比對，并作為檢測指標(biāo)[7]。經(jīng)實際檢測，水庫主體庫區(qū)三維粗模平面中誤差為±0.5～1.0 m，高程誤差為±1.0～2.0 m。重點施工區(qū)傾斜攝影三維精模檢測點分布如圖3所示，精度統(tǒng)計情況見表3。

圖3　重點施工區(qū)檢測點分布(圖中的圓圈)

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由表3可以看出，重點施工區(qū)三維建模精度可以滿足水庫建設(shè)需求，但由于主體庫區(qū)航飛面積大、控制點布設(shè)相對較少，無人搭載的非量測相機(jī)畸變差相對較大，而且重點施工區(qū)地形高差大，即航飛獲取的影像色彩偏灰暗，使得點云匹配效果相對較差，從而造成部分水面匹配存在漏洞、水面和山體相交區(qū)域有存在模型異常等現(xiàn)象，需要采用人工編輯和修補(bǔ)。

3　工程應(yīng)用

行修改，修改后的模型以*.obj格式導(dǎo)入Smart3D進(jìn)行更新處理或重新建模，生成*.3mx格式的三維模型。

圖4　模型疊加-輔助大壩、橋梁設(shè)計與施工分析

圖5　泄洪洞、輸水洞等施工管理

圖6　精準(zhǔn)潰壩模擬、庫區(qū)移民評估

利用實景模型的高精度及現(xiàn)勢性，結(jié)合工程的開挖地址模型，還可精確計算出工程量及工程投資，與工程監(jiān)理確認(rèn)的工程量及工程投資進(jìn)行對比，從而實現(xiàn)對工程質(zhì)量和進(jìn)度的精細(xì)化管理。實景模型與設(shè)計模型聯(lián)合應(yīng)用，既能展示工程建設(shè)完成后的效果，又能更加直觀真實地展示工程進(jìn)展情況，將無人機(jī)實景三維建模技術(shù)應(yīng)用于水利BIM具有重要的實際意義。

飛行時間測距是通過測定UWB脈沖信號從UWB標(biāo)簽到UWB基站的信號往返時間從而確定其距離的，這種方法解決常規(guī)時間到達(dá)（Time of Arrival，TOA）以及時間到達(dá)差（Time Difference of Arrival，TDOA）方法中需要UWB標(biāo)簽與基站保持時間同步的問題。該測距原理是標(biāo)簽先向基站發(fā)送測距序列，其中可包含要求應(yīng)答等信息，基站經(jīng)過一個固定延時之后轉(zhuǎn)發(fā)信號[12]，標(biāo)簽接收后計算一次來回程時間，標(biāo)簽到基站i距離di可用式（1）表示：

4　結(jié)　語

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脂肪含量在8.12～15.35g/100g之間，平均含量為10.73g/100g，不同部位的平均含量高低依次為胸腹部肉含量14.45g/100g、前腿肉含量10.99g/100g、最長肌肉含量10.31g/100g、后腿肉含量10.21g/100g、頸肩肉含量10.01g/100g。

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本文采用無人機(jī)單鏡頭大重疊攝影與多角度傾斜攝影聯(lián)合作業(yè)模式，以河南汝陽前坪水庫為試驗區(qū)，實現(xiàn)了水庫區(qū)域?qū)嵕叭S粗模和精模的快速生產(chǎn)，以及粗模和精模一體化的技術(shù)流程。試驗結(jié)果表明：無人機(jī)實景三維建模成果能夠滿足水利BIM應(yīng)用及工程投資分析、工程設(shè)計、施工與安全質(zhì)量管理、庫區(qū)移民等需求。

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磚子點點頭，說你女兒這是替你苦錢呢，好，你忙。磚子抬腿剛要走，李金枝甩過了欲言又止的話頭：磚子哥，師姐她……

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