劉冬冬，李駿逸，宦小松，游新興，陳益超

（1.中建三局集團(tuán)有限公司西南分公司，四川 成都 610041；2.四川良友建設(shè)咨詢有限公司，四川 成都 610095）

0 引言

傾斜攝影測量技術(shù)是近幾年來迅速發(fā)展起來的1項(xiàng)高新技術(shù)。它將傳統(tǒng)垂直拍攝的正射影像，改變?yōu)槔脽o人機(jī)采集同一事物的前、后、左、右、垂直5個(gè)影像，再通過軟件合成，形成更直觀真實(shí)的模型。如今的工程建設(shè)領(lǐng)域測量仍依賴勞動(dòng)強(qiáng)度大的人工作業(yè)模式，速度慢、效率低，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)無疑給當(dāng)下工程建設(shè)發(fā)展提供了新思路。無人機(jī)傾斜攝影具有低成本與高機(jī)動(dòng)性的優(yōu)勢，利用先進(jìn)的數(shù)字化攝影測量技術(shù)、定位技術(shù)、GIS技術(shù)，使信息采集和監(jiān)測工作不受人員、交通條件的限制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)建設(shè)目標(biāo)與空間位置的全方位信息捕捉。本文圍繞無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在工程建設(shè)中的應(yīng)用，研究傾斜攝影技術(shù)、實(shí)景建模技術(shù)、土方測量技術(shù)等，為工程建設(shè)行業(yè)多維度信息化、數(shù)字化發(fā)展提供助力。

1 傾斜攝影技術(shù)在實(shí)際工程項(xiàng)目中的應(yīng)用

在工程設(shè)計(jì)階段，通過傾斜攝影技術(shù)得到真實(shí)還原現(xiàn)場環(huán)境的三維實(shí)景模型，能更好地開展設(shè)計(jì)施工，該模型清晰、完整、真實(shí)地將項(xiàng)目展示給觀眾，對(duì)區(qū)域內(nèi)的房屋、道路、配套等進(jìn)行高精度建模還原，將其位置關(guān)系完美地展示。

在施工階段，利用傾斜攝影技術(shù)能夠準(zhǔn)確地掌握現(xiàn)場情況，配合其他設(shè)備，可更智能、輕松、高效地完成項(xiàng)目管理，實(shí)時(shí)地對(duì)進(jìn)度、人員、安全等方面進(jìn)行管理和掌控。通過傾斜攝影中的測量功能，能在減少人力成本的情況下準(zhǔn)確獲得測量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)長度、面積、體積等測繪。該技術(shù)目前可應(yīng)用于土方測量、誤差比對(duì)等工作。無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)，所展現(xiàn)的三維立體實(shí)景的精細(xì)數(shù)據(jù)可高效地拍攝記錄攝影時(shí)的細(xì)節(jié)和每個(gè)瞬間，它所要研究的地區(qū)地面畫面的每個(gè)角度所展現(xiàn)的畫面信息和三維立體坐標(biāo)數(shù)據(jù)極重要。

1）無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)具有高效率、超高分辨率、超高精準(zhǔn)度、超高性價(jià)比等獲取影像的優(yōu)勢。

2）可準(zhǔn)確、真實(shí)地展現(xiàn)需要研究地區(qū)的地上房屋和周邊環(huán)境的具體情況，彌補(bǔ)對(duì)正射影像的漏洞。

3）三維實(shí)景模型有著勻色良性，擴(kuò)展攝影測量的數(shù)據(jù)。

4）無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)可對(duì)目標(biāo)的側(cè)面紋理進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，建設(shè)三維城市建模成本。

5）對(duì)比正射影像展示的GIS三維數(shù)據(jù)，無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)所拍攝的三維實(shí)景模型的數(shù)據(jù)比較小，更方便研究和傳播。

1.1 傾斜攝影技術(shù)的進(jìn)度管理應(yīng)用

傾斜攝影技術(shù)為施工進(jìn)度管理提供巨大助力，在降低人力成本的同時(shí)，通過對(duì)在建項(xiàng)目的航拍，準(zhǔn)確、真實(shí)地反映進(jìn)度情況。配合720云等軟件，生成操作便捷的模型二維碼，讓部分無法在現(xiàn)場的參建人員如同身臨其境地掌握現(xiàn)場情況。隨著5G時(shí)代的到來，還能實(shí)現(xiàn)無人機(jī)對(duì)在建項(xiàng)目的實(shí)時(shí)直播。以某在建項(xiàng)目為例，項(xiàng)目分為2個(gè)地塊，距離約為1km。通過無人機(jī)航拍，減少了往返于兩項(xiàng)目之間記錄進(jìn)度的工作。當(dāng)不在現(xiàn)場的業(yè)主急切地希望掌握兩項(xiàng)目支吊架拆裝情況時(shí)，通過無人機(jī)航拍，生成二維碼，讓業(yè)主全方位準(zhǔn)確掌握現(xiàn)場情況，指導(dǎo)現(xiàn)場工作。

1.2 傾斜攝影技術(shù)在市政規(guī)劃中的應(yīng)用

傾斜攝影技術(shù)在市政規(guī)劃中也能起到重要作用。眾所周知，市政道路項(xiàng)目跨度長、地形多變，采用常規(guī)測繪手段耗時(shí)長且人力成本高，而使用傾斜攝影技術(shù)便能輕松高效地解決這一問題。以在建項(xiàng)目成德大道為例，項(xiàng)目為跨度30km的城際快速通道擴(kuò)建，項(xiàng)目難點(diǎn)在于橫跨多條主要干道及繞城高速、鐵路、河流等，通過常規(guī)的測繪手法很難對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)場情況準(zhǔn)確地掌握，采用無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)則順利地解決了許多問題。如項(xiàng)目道路擴(kuò)建涉及路邊鳳凰山音樂廣場拆遷工作，通過無人機(jī)傾斜攝影模型制作，精準(zhǔn)定位規(guī)劃道路與音樂廣場的位置關(guān)系，輔助方案設(shè)計(jì)單位調(diào)整、驗(yàn)證方案的可行性，極大降低了項(xiàng)目返工的風(fēng)險(xiǎn)。

此外，在項(xiàng)目難點(diǎn)金芙蓉大橋的方案設(shè)計(jì)中，通過傾斜攝影模型確定了鐵路、河流和熊貓大道的位置關(guān)系，并結(jié)合當(dāng)前方案的實(shí)景建模分析認(rèn)為，如按照當(dāng)前方案施工，對(duì)周邊環(huán)境及道路的遷改工作較為復(fù)雜。為此，召開專題方案討論會(huì)，最終修改設(shè)計(jì)方案，在項(xiàng)目降低成本的同時(shí)，滿足了車流量的需求。

傾斜攝影模型結(jié)合BIM技術(shù)，對(duì)項(xiàng)目具有重要作用。隨著交通量日益增長，地鐵成為當(dāng)下最常見的交通出行方式，而地鐵項(xiàng)目大多是在現(xiàn)有道路、老城區(qū)等人流、車流壓力較大的路段施工。傾斜攝影技術(shù)對(duì)現(xiàn)場精確還原，對(duì)實(shí)地現(xiàn)場情況做到可視化測量、展示、規(guī)劃和設(shè)計(jì)。在項(xiàng)目初設(shè)階段，通過實(shí)景三維建模還原選址現(xiàn)場，把場地布置或建筑設(shè)計(jì)方案與傾斜攝影模型融合，進(jìn)行方案比選和規(guī)劃。再通過BIM錄入?yún)?shù)化的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行選址現(xiàn)場模擬分析，實(shí)現(xiàn)選址現(xiàn)場的可視化展示。在項(xiàng)目施工初始階段，通過傾斜攝影模型結(jié)合BIM建模，可根據(jù)現(xiàn)場施工情況制作完整的施工模擬，在工程設(shè)計(jì)階段規(guī)避施工中可能遇到的風(fēng)險(xiǎn)，在施工進(jìn)行階段，通過傾斜攝影模型與BIM結(jié)合，實(shí)時(shí)展現(xiàn)項(xiàng)目施工進(jìn)度，做到鳥瞰全景、胸有全局，隨時(shí)隨地三維可視化監(jiān)控工程進(jìn)度，并提前發(fā)現(xiàn)問題，保證項(xiàng)目在工期內(nèi)順利完成。

1.3 傾斜攝影技術(shù)的土方平衡工程量計(jì)算應(yīng)用研究

1.3.1 技術(shù)可行性論證

傳統(tǒng)的土方量計(jì)算有方格網(wǎng)法、三角網(wǎng)法、斷面法3種。其中三角網(wǎng)法用于地形起伏變化較大的面狀工程中，其計(jì)算精度與野外采點(diǎn)質(zhì)量有直接關(guān)系。傾斜攝影測量的土方量方法計(jì)算普遍適用于各種地形和工程項(xiàng)目，其基本計(jì)算原理與三角網(wǎng)法計(jì)算方法相同，計(jì)算精度可靠，計(jì)算結(jié)果受測量方法和計(jì)算方法影響小。因此，通過將傾斜攝影、BIM技術(shù)用于土石方平衡計(jì)算，以達(dá)到土石方工程量的精確計(jì)算和項(xiàng)目投資成本的有效管控。

1.3.2 應(yīng)用流程及內(nèi)容

對(duì)課題研究目的進(jìn)行分解，確定研究內(nèi)容，并針對(duì)不同研究內(nèi)容選擇合適、科學(xué)的研究方法，是課題研究目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。

1）數(shù)據(jù)采集研究方法 研究無人機(jī)傾斜攝影方式方法，包括無人機(jī)航拍方式選擇、拍攝參數(shù)設(shè)置、飛行路徑設(shè)計(jì)、航拍環(huán)境研究等。

2）精確實(shí)景模型創(chuàng)建研究方法 包括航拍數(shù)據(jù)處理平臺(tái)選擇、平臺(tái)配置及功能、空三數(shù)據(jù)處理工作流、模型生成及模型精度的驗(yàn)證及數(shù)據(jù)處理方法修正的研究。

3）土石方工程量計(jì)算研究方法 結(jié)合土石方開挖方案，基于實(shí)景航拍模型進(jìn)行基坑填方、挖方工程量的精確計(jì)算。

4）應(yīng)用案例分析 傾斜攝影技術(shù)還可運(yùn)用于施工總土方平衡算量。土方計(jì)算因受計(jì)算規(guī)則和人員因素影響較大，一直被視為難以準(zhǔn)確計(jì)算的工程量之一。通過軟件平臺(tái)與實(shí)際工程情況對(duì)比，驗(yàn)證了傾斜攝影技術(shù)得到的長度、面積、容積的真實(shí)性。結(jié)合項(xiàng)目情況，可大量運(yùn)用于項(xiàng)目運(yùn)作中。

以測量項(xiàng)目圍擋為例，模型測量高度為5.95m，而圖紙實(shí)際高度為6.00m，偏差率為8.00%。

以售樓部別墅樣板間為例，模型測量其正投影面積為183.84m2，通過圖紙測量其平面面積為183.77m2，偏差率為0.3%。

2 精確航拍技術(shù)研究

獲得1個(gè)精準(zhǔn)的傾斜攝影模型需優(yōu)秀的航拍技術(shù)。就飛行環(huán)境而言，無人機(jī)航拍需注意風(fēng)力不宜超過三級(jí)、保證飛行器與控制器的GPS信號(hào)、飛行器電池電量、保證飛行器與周邊建筑及樹木的距離、限飛及限高等因素。在拍攝手法上，航拍路線極為重要，“拍照模式”可選擇等間隔拍攝或等時(shí)差拍攝，需注意的是，“等距間隔拍照”中拍照間隔越短，飛行速度越慢，所需飛行時(shí)間越長，拍照數(shù)量不變；“等時(shí)間隔拍照”中拍照間隔越短，飛行速度越快，飛行時(shí)間越短，拍照數(shù)量越多，在確保電池電量情況下，增加拍攝照片數(shù)量，增加單次巡航航程，調(diào)高照片重復(fù)覆蓋比例，都能有效提高傾斜攝影模型的質(zhì)量。針對(duì)體量較大的工程，如道路，在航拍每段工程時(shí)，應(yīng)確保飛行高度一致、飛行區(qū)域大小一致，且相鄰兩端航拍照片有重合點(diǎn)。

3 結(jié)語

隨著5G時(shí)代到來，大數(shù)據(jù)需求增長，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)無疑在未來的工程建設(shè)中將發(fā)揮重要的作用，傾斜攝影技術(shù)的高效、真實(shí)性讓工程建設(shè)人員能更加準(zhǔn)確、迅速地獲得工程空間數(shù)據(jù)。目前，在工程建設(shè)中，航拍數(shù)據(jù)可轉(zhuǎn)化成DLG、DOM與DSM等不同數(shù)據(jù)格式，如若在工程中統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，標(biāo)準(zhǔn)化制作，該技術(shù)無疑將得到更大提升。另外，在數(shù)據(jù)處理過程中，對(duì)硬件軟件都有限制，相信隨著5G技術(shù)、云技術(shù)的提升，較為冗長的數(shù)據(jù)處理過程將大大減短，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)必將在建筑領(lǐng)域占有一席之地。