(中鐵四局集團(tuán)管理研究院，合肥 230000)

1 序言

隨著空間信息獲取與處理技術(shù)的進(jìn)步，越來(lái)越多的新技術(shù)應(yīng)用于規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工調(diào)查、及施工管理等環(huán)節(jié)。其中無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)由于能獲取大量密集的、高精度的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)及數(shù)字表面模型，其與BIM技術(shù)結(jié)合的應(yīng)用模式在施工領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛。

圖1 施工現(xiàn)場(chǎng)控制點(diǎn)坐標(biāo)標(biāo)記及數(shù)據(jù)采集

2 外業(yè)數(shù)據(jù)采集

外業(yè)數(shù)據(jù)采集主要是指運(yùn)用無(wú)人機(jī)搭載任務(wù)設(shè)備到待測(cè)區(qū)域，按照預(yù)先設(shè)置的航線飛行，并在飛行的過(guò)程中持續(xù)拍照及記錄拍照點(diǎn)的GPS信息的過(guò)程。本施工應(yīng)用研究采用的設(shè)備型號(hào)為：獵隼 MC6-NX-GT無(wú)人機(jī)，大勢(shì)智慧雙魚(yú)座相機(jī)。具體過(guò)程如下：

2.1 標(biāo)記相控點(diǎn)

圖2 無(wú)人機(jī)航線規(guī)劃及地面站實(shí)時(shí)顯示的飛機(jī)姿態(tài)信息

圖3 主要的航線規(guī)劃形式

圖4 航線規(guī)劃與手動(dòng)補(bǔ)拍結(jié)合，細(xì)節(jié)效果更好

為了得到絕對(duì)精度較高的模型，以及提高大面積多架次模型數(shù)據(jù)拼接精度，在外業(yè)數(shù)據(jù)采集前，須在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)標(biāo)記控制點(diǎn)。控制點(diǎn)在區(qū)域內(nèi)均勻分布(不能在一條直線上)，且總數(shù)量不小于3個(gè)。并用RTK測(cè)量出控制點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)(圖1)，以便后期融入Context Capture軟件進(jìn)行解算。

2.2 航線規(guī)劃

綜合考慮待測(cè)區(qū)域的地理位置，線路走向、精度要求、起降點(diǎn)等因素，利用航線規(guī)劃軟件計(jì)算出飛行高度、飛行速度、拍照間隔、飛行軌跡等執(zhí)行參數(shù)(見(jiàn)圖2)，控制無(wú)人機(jī)采集航空影像。

主要的航線規(guī)劃有兩種形式：“S”型掃描，多層繞飛(見(jiàn)圖3)。對(duì)于區(qū)域較大，同時(shí)對(duì)模型細(xì)節(jié)要求較高的情況，在航線規(guī)劃之外采用手工補(bǔ)拍照片能起到很好的效果(見(jiàn)圖4)。

3 內(nèi)頁(yè)數(shù)據(jù)處理

主要是將外業(yè)采集的照片及對(duì)應(yīng)的GPS數(shù)據(jù)通過(guò)專(zhuān)業(yè)軟件進(jìn)行匹配，導(dǎo)入傾斜攝影處理軟件(以Context Capture為例)軟件進(jìn)行空三運(yùn)算，輸出成果模型，并在第三方軟件進(jìn)行集成應(yīng)用的過(guò)程。

3.1 照片與POS數(shù)據(jù)匹配

將GPS信息與照片匹配，并寫(xiě)入照片屬性(圖5)。

圖5 照片與POS文件匹配

3.2 空三運(yùn)算

空中三角測(cè)量是立體攝影測(cè)量中，根據(jù)少量的野外控制點(diǎn)，在室內(nèi)進(jìn)行控制點(diǎn)加密，求得加密點(diǎn)的高程和平面位置的測(cè)量方法。航空攝影測(cè)量中利用像片內(nèi)在的幾何特性，在室內(nèi)加密控制點(diǎn)的方法。即利用連續(xù)攝取的具有一定重疊的航攝像片，依據(jù)少量野外控制點(diǎn)，以攝影測(cè)量方法建立同實(shí)地相應(yīng)的航線模型或區(qū)域網(wǎng)模型(光學(xué)的或數(shù)字的)，從而獲取加密點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程(見(jiàn)圖6)。主要用于測(cè)地形圖。

3.3 成果輸出

空三運(yùn)算后，就可以提交成果輸出，生成實(shí)景模型(見(jiàn)圖7)。

在成果輸出過(guò)程中，由于拍攝時(shí)的光照和被拍物體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等因素，可能會(huì)生產(chǎn)后的模型出現(xiàn)破洞、畸變等缺陷，以及根據(jù)應(yīng)用要求需剔除某些結(jié)構(gòu)物，這時(shí)就需要對(duì)實(shí)景模型進(jìn)行修整以使其能滿(mǎn)足應(yīng)用需求。

將需要修整實(shí)景模型瓦片導(dǎo)出obj格式，利用Bentley Descartes、Meshmixer等軟件進(jìn)行修復(fù)后，再導(dǎo)入原工程文件重新運(yùn)算并生產(chǎn)出新的模型(見(jiàn)圖8)。

圖6 CC軟件軟件空三運(yùn)算過(guò)程

圖7 實(shí)景模型成果(樂(lè)百高速地貌、鳳陽(yáng)體育館、黔張常高鐵項(xiàng)目)

圖8 模型修補(bǔ)(墻面破洞修補(bǔ)龍門(mén)吊及梁體剔除)

4 工程項(xiàng)目應(yīng)用

根據(jù)實(shí)際模型可視化效果好，模型精度較高的特點(diǎn)，實(shí)景模型在工程領(lǐng)域的主要應(yīng)用如下：

4.1 前期施工調(diào)查

在工程投標(biāo)階段，運(yùn)用無(wú)人機(jī)實(shí)景建模技術(shù)對(duì)投標(biāo)項(xiàng)目航拍建模，模型中包含了場(chǎng)地的三維空間信息及相關(guān)尺寸，為投標(biāo)方案的編制提供準(zhǔn)確的參考信息，相比傳統(tǒng)的照片及文字描述，實(shí)景模型能更快捷、全面、真實(shí)地了解現(xiàn)場(chǎng)情況(圖9)。

圖10 黔張常項(xiàng)目BIM模型與實(shí)景模型的整合

4.2 與BIM模型整合

實(shí)景模型反應(yīng)的是現(xiàn)場(chǎng)客觀存在的環(huán)境信息，而B(niǎo)IM模型則反應(yīng)的是將要建造(或建造過(guò)程中的)的結(jié)構(gòu)信息，二者的結(jié)合應(yīng)用更能提升工程項(xiàng)目的BIM應(yīng)用層次，為項(xiàng)目建設(shè)增值(圖10)。

4.3 與道路施工結(jié)合

將實(shí)景模型以3MX格式導(dǎo)入Descartes軟件，提取地形模型信息，生成等高線(見(jiàn)圖11)。再以tin格式導(dǎo)入Power Civil軟件創(chuàng)建道路模型，進(jìn)行計(jì)算土方量及相關(guān)BIM應(yīng)用(圖12)，深層次挖掘?qū)嵕澳Ｐ偷膽?yīng)用價(jià)值。

圖11 實(shí)景模型地形信息提取

圖12 基于實(shí)景模型創(chuàng)建道路模型及相關(guān)的填挖方計(jì)算

4.4 實(shí)景模型與GIS平臺(tái)結(jié)合

實(shí)景模型導(dǎo)入GIS平臺(tái)(如Locaspace、SkyLine及藍(lán)色星球系統(tǒng)平臺(tái)等)，與GIS結(jié)合進(jìn)行測(cè)量、分析及信息集成(見(jiàn)圖13)，為信息管理系統(tǒng)平臺(tái)提供高精度的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，全面管理和展示項(xiàng)目施工的動(dòng)態(tài)信息。

圖13 實(shí)景模型與GIS平臺(tái)整合

5 總結(jié)

傾斜攝影已成為航空測(cè)量領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)，國(guó)家測(cè)繪地理信息局也已經(jīng)把傾斜攝影作為一項(xiàng)新技術(shù)手段進(jìn)行推廣。該技術(shù)是一項(xiàng)復(fù)雜系統(tǒng)應(yīng)用工作，涉及到多專(zhuān)業(yè)的配合，項(xiàng)目應(yīng)用難度較大。通過(guò)在各項(xiàng)目中的綜合應(yīng)用，為類(lèi)似工程的技術(shù)應(yīng)用提供了一些借鑒，更深層次的應(yīng)用需要在項(xiàng)目實(shí)踐中進(jìn)一步探索研究。

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