实景建模技术精度分析及工程应用

赵恩堂，苏章

（中建三局第一建设工程有限责任公司，武汉430040）

1 引言

通过倾斜摄影技术获取的实景模型，在城市规划、环境检测、应急救灾、工程建设等诸多领域都有广泛应用。实景建模技术综合运用图像处理、视觉计算等技术从二维图像中提取目标的三维空间信息，通过多种手段的综合应用，最终实现目标的三维重建[1]。本研究通过定量分析，确定航高、主航向及航向间重叠度与实景模型精度的关系曲线。另外，将对实景建模技术在工程中的应用做简要介绍。

2 试验条件

2.1 测区情况

测区位置为武汉江夏区普洛斯工业园, 测区面积约70 000m2。在测区内共采集21 个点坐标信息，其中4 个为控制点，其余17 个点作为用于数据对比的测量点。

2.2 试验设备

本次试验飞行平台为大疆M600pro 六旋翼无人机。倾斜相机为大势智慧双鱼倾斜相机3.0。控制点及测量点通过中海达V30 北斗版GNSS RTK 系统进行量测。

3 数据处理与分析

根据ContextCapture 软件数据要求，新建工程并导入倾斜相机获取的2 组影像文件，输入控制点坐标信息并在部分影像上标记，进行空三计算。完成空三计算，进一步进行模型计算及输出。在实景模型上提取测量点坐标信息，对比中海达V30 获取的坐标信息进行对比分析。

3.1 无人机航高对模型精度的影响

无人机航高直接影响照片的地面分辨率，航高越高，分辨率越低，模型精度也会越差。本次试验共分别采用50m、75m、100m、125m、150m、200m、250m 航高进行试验，以此研究航高与模型精度之间的关系曲线。主航向重叠度均为80%，航向间重叠度均采用70%。计算算各航高误差均值，结果如表1 所示。

其中，ΔL为水平面偏差值，计算公式如下式所示：

3.2 照片重叠度对模型精度的影响

照片重叠度越高，模型计算精度应该越高。为获取照片重叠度与实景模型误差的关系曲线，固定航高100m，航向间重叠度70%的情况下，对比主航线重叠度分别为50%、60%、70%、80%、90%情况下的实景模型精度。计算各主航向重叠度下的误差均值，结果如表2 所示。

表1 各航高误差偏差均值

3.3 控制点密度对模型精度的影响

增加控制点密度将提高实景模型的约束，模型的精度也越高。固定航高100m，主航向重叠度80%，航向间重叠度70%。对于控制点数量，分别采用4、6、8、10 个控制点信息。获取各情况下的实景模型误差情况，计算模型在不同控制点密度各控制点的误差均值，结果如表3 所示。

表3 不同控制点密度各控制点的误差均值

通过对各个因素进行的实景事情建模精度研究，获得了实景测量精度与各个要素之间的关系，为实景建模技术应用提供量化控制标准。

主航向及航向间重叠度越高，实景测量精度越高。但相比其他因素，其对实景测量精度的影响最低，但增加重叠度会造成航拍影像的数量急剧增加，严重影响模型重建效率。在建模时，适合用于在航高已达到最低、控制点无法增加时，通过增加重叠度来提高实景模型的质量。

无人机航高越高，实景测量精度越低，并且其对实景测量精度的影响最大。在树木、建筑等遮挡物高度允许的前提下，尽量通过改变无人机航高对实景模型的精度进行控制调节。

控制点密度越高，实景测量精度越高。控制点对实景测量精度控制是必不可少的限制条件，在实景模型高度精度方面，控制点的影响最大。在环境允许的条件下，尽量通过增加控制点的密度来提高实景模型的高程精度[2]。

表2 各主航向重叠度的误差偏差均值

4 实景模型的工程应用

4.1 工程进度分析

在工程建设中，工程进度控制是工程实施过程中非常重要的一个方面。借助实景模型和BIM 模型可以实现精细化的工程进度管理。通过航拍获取工程实景模型，通过与BIM 模型的对比分析，可以快速获取构件级的工程进度状况，并结合BIM 模型的工程量信息，获得已完成及未完成的工程量信息。

4.2 三维场地布置

传统场地布置是通过CAD 图纸或者三维BIM 模型进行工程的场地布置。三维实景模型具有三维可视化的优势，可以结合BIM 构件族库进行实景环境下的场地布置。由于实景模型为现场的真实反映，所得的方案更能反映现场实际，保证方案的可实施性。

4.3 交通分析模拟

将实景模型作为城市模型底层，对工程周边环境进行交通状况分析，可以应用于道路改扩建工程中分析道路通行能力，或者在占道施工状况下预测占道施工方案的可行性，为方案制订提供一种可视化的分析方法。

5 结语

随着城市信息化技术的不断推进，实景技术作为创建城市模型的一种方式，应用范围将会越来越广。另外，在工程建设领域，其可以与BIM 技术进行良好的融合应用，具有广阔的应用前景。