基于ContextCapture無人機航測傾斜實景三維建模進行土方計算

土石方工程量的核算往往是工程預算與結算中的爭議與焦點，然而運用天星系列多鏡頭傾斜攝影測量系統的實景3D建模方法模擬土方石的開挖與回填，可以讓施工方直觀有效地開展土石方的挖運分析與運算，做到土方平衡計算的精確化與精細化，對項目成本管控發揮了重要作用。

傾斜攝影技術在土石方工程量中的計算思路需解決的問題：

1. 如何從原始地貌提取出初始數據 ?

2. 如何把航測數據轉化為3D模型?

3. 如何從3D模型得到土方工程量 ?

解決方法：

1. 利用傾斜攝影無人機航測及點云三維成像技術 形成模型數據；

2. 將影像資料通過軟件處理達到模型原材料數據；

3. 把數據導入Smart 3D軟件之中實景三維模型；

4. 在Smart 3D軟件中，根據施工要求進行土石方工程量核算。

①從原始地貌提取初始數據

天星系列多鏡頭傾斜攝影測量系統具有多視角高清影像采集、成本低、機動靈活等優點，是衛星遙感與無人機航空遙感的有力補充。

當多鏡頭傾斜攝影無人機飛行到適當高度以后，機載的傾斜攝影系統從多個視角向地面航攝，航拍路線采用重疊率60~80%(由地面高度決定)沿某一方向來回往返，呈帶狀按次序逐步覆蓋全部場地，實現對地形邏輯有序的全覆蓋航攝。

無人機航攝完成后，可通過電腦端查看無人機數據存儲SD卡影像資料文件夾，文件夾內的影像通過編號有序排列，通過觀察影像可以查看出上下左右相鄰影像之間的重疊度范圍。

并可通過文件夾查看到每張照片的經緯度、海拔高度、拍攝姿態(角度)等POS信息，這是初始的關鍵信息。

②初始數據轉化為3D模型

Smart 3D處理軟件對帶有經緯度、海拔高度、拍攝姿態(角度)等POS信息的影像資料能處理成三維模型數據。

1. 對齊照片：Smart 3D會按照每張照片的經緯度、高度和角度還原出每個鏡頭的位置，如圖示依序排列

2. 建立密集云：Smart 3D將會計算每個點之間的關系，將每一個識別出來的點列入密集計算

3. 生成網格：利用軟件內部矢量函數關系算法，Smart 3D基于點云數據形成不規則三角網，構建成點線面的3D模型

4. 生成紋理：Smart 3D將不同視角的深度圖像匹配到同一坐標下，經過深度圖像融合獲得物體完整的幾何模型，然后確定深度圖像和紋理圖像的映射關系，并定義復合權重進行紋理融合來獲取整個紋理映射圖，并進行模型的紋理映射，構建成具有真實感的三維模型。

至此帶有材質覆面的點線面三維模型已在Smart 3D中呈現出來，接下來便可在Smart 3D軟件內核算土方工程量。

③實景3D模型土方工程量計算技術路線

在無人機進行航空攝影獲取航測數據的基礎上，運用Smart 3D軟件進行空三加密等處理生成實景3D模型，進而可以在Smart 3D軟件上選定任意位置，運用繪制輪廓與設置標高、坡度的方式自行繪制地坪草圖，推演劃定其位置的土方工程量，如圖

土方量計算技術路線

Smart 3D軟件會自動選擇“新構造”與“現有”之間的土方體量，并且左側屬性欄會顯示“切割/填充”、“填充”、“采樣距離”的值，這些值即為“挖填方凈值”、“填方”、“挖方”的量，則土石方的挖方、填方與挖填方凈值直接顯示出來，如圖

技術優勢

傳統的土方計算方法存在著計算量大、計算精度不高、數據量大等缺點，而利用“根據地形特征進行區域劃分-近似簡化-采取合適的測量方法取得地形三維特征數據-最后通過三維重構的方法得出計算結果”思維的方法能夠實現快捷精確的計算方法，并且能做到“實際與模型的精確對應”和“所見即所得”。從地形測量到土方計算結果的獲得，人工成本和時間成本都將大大降低，同時測量的精度也會比傳統測量方法要高許多。

應用展望

運用航空傾斜攝影實景3D模型的方法模擬土石方開挖與回填，在直觀有效地開展土石方的挖運分析與運算基礎上，做到土方平衡計算的精確化與精細化，節約解決爭議的時間，對項目成本管控發揮重要作用。

艾三維項目案例

實例1：針對古鎮的立面改造，花費半天時間進行收集數據，并且得到數據之后，花費5天的時間，量測并還原現場的立面圖。

實例2：李子坪取渣場土方量估算

由于距離測量控制點較遠，通過測量方法獲取地形工作量較大，并且地形陡峭，難以布點。

無人機現場航拍數據     

基于實景模型計算體積功能，完美解決現場難以布點的問題

實例3：上莊隧道口挖方量計算

設計院工程量：8萬方；施工方工程量：16萬方；兩者差別較大。

使用實景模型計算，工程量為11.2萬方，航拍以及建模耗時合計兩天，合計約300張照片。

通過等高線、坐標等方式驗證后，達成施工單位和咨詢單位均認可計算精度。

    無人機實景模型

            Powercivil軟件讀取實景模型生成DTM地模文件

基于Powercivil精確坐標繪圖，對模型進行控制點選取以及相關計算體積功能，得到最終的隧道口開挖數據計算

     Powercivil基于實景模型和施工圖建立的最終隧道口模型

實例4：

城市里基于實景模型建立BIM模型

實景建模方案實施：

實施主要步驟：

主要使用的軟件：Contextcapture （原smart3D）、Powercivil 

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