基于ContextCapture无人机航测倾斜实景三维建模进行土方计算

土石方工程量的核算往往是工程预算与结算中的争议与焦点，然而运用天星系列多镜头倾斜摄影测量系统的实景3D建模方法模拟土方石的开挖与回填，可以让施工方直观有效地开展土石方的挖运分析与运算，做到土方平衡计算的精确化与精细化，对项目成本管控发挥了重要作用。

倾斜摄影技术在土石方工程量中的计算思路需解决的问题：

1. 如何从原始地貌提取出初始数据 ?

2. 如何把航测数据转化为3D模型?

3. 如何从3D模型得到土方工程量 ?

解决方法：

1. 利用倾斜摄影无人机航测及点云三维成像技术 形成模型数据；

2. 将影像资料通过软件处理达到模型原材料数据；

3. 把数据导入Smart 3D软件之中实景三维模型；

4. 在Smart 3D软件中，根据施工要求进行土石方工程量核算。

①从原始地貌提取初始数据

天星系列多镜头倾斜摄影测量系统具有多视角高清影像采集、成本低、机动灵活等优点，是卫星遥感与无人机航空遥感的有力补充。

当多镜头倾斜摄影无人机飞行到适当高度以后，机载的倾斜摄影系统从多个视角向地面航摄，航拍路线采用重叠率60~80%(由地面高度决定)沿某一方向来回往返，呈带状按次序逐步覆盖全部场地，实现对地形逻辑有序的全覆盖航摄。

无人机航摄完成后，可通过电脑端查看无人机数据存储SD卡影像资料文件夹，文件夹内的影像通过编号有序排列，通过观察影像可以查看出上下左右相邻影像之间的重叠度范围。

并可通过文件夹查看到每张照片的经纬度、海拔高度、拍摄姿态(角度)等POS信息，这是初始的关键信息。

②初始数据转化为3D模型

Smart 3D处理软件对带有经纬度、海拔高度、拍摄姿态(角度)等POS信息的影像资料能处理成三维模型数据。

1. 对齐照片：Smart 3D会按照每张照片的经纬度、高度和角度还原出每个镜头的位置，如图示依序排列

2. 建立密集云：Smart 3D将会计算每个点之间的关系，将每一个识别出来的点列入密集计算

3. 生成网格：利用软件内部矢量函数关系算法，Smart 3D基于点云数据形成不规则三角网，构建成点线面的3D模型

4. 生成纹理：Smart 3D将不同视角的深度图像匹配到同一坐标下，经过深度图像融合获得物体完整的几何模型，然后确定深度图像和纹理图像的映射关系，并定义复合权重进行纹理融合来获取整个纹理映射图，并进行模型的纹理映射，构建成具有真实感的三维模型。

至此带有材质覆面的点线面三维模型已在Smart 3D中呈现出来，接下来便可在Smart 3D软件内核算土方工程量。

③实景3D模型土方工程量计算技术路线

在无人机进行航空摄影获取航测数据的基础上，运用Smart 3D软件进行空三加密等处理生成实景3D模型，进而可以在Smart 3D软件上选定任意位置，运用绘制轮廓与设置标高、坡度的方式自行绘制地坪草图，推演划定其位置的土方工程量，如图

土方量计算技术路线

Smart 3D软件会自动选择“新构造”与“现有”之间的土方体量，并且左侧属性栏会显示“切割/填充”、“填充”、“采样距离”的值，这些值即为“挖填方净值”、“填方”、“挖方”的量，则土石方的挖方、填方与挖填方净值直接显示出来，如图

技术优势

传统的土方计算方法存在着计算量大、计算精度不高、数据量大等缺点，而利用“根据地形特征进行区域划分-近似简化-采取合适的测量方法取得地形三维特征数据-最后通过三维重构的方法得出计算结果”思维的方法能够实现快捷精确的计算方法，并且能做到“实际与模型的精确对应”和“所见即所得”。从地形测量到土方计算结果的获得，人工成本和时间成本都将大大降低，同时测量的精度也会比传统测量方法要高许多。

应用展望

运用航空倾斜摄影实景3D模型的方法模拟土石方开挖与回填，在直观有效地开展土石方的挖运分析与运算基础上，做到土方平衡计算的精确化与精细化，节约解决争议的时间，对项目成本管控发挥重要作用。

艾三维项目案例

实例1：针对古镇的立面改造，花费半天时间进行收集数据，并且得到数据之后，花费5天的时间，量测并还原现场的立面图。

实例2：李子坪取渣场土方量估算

由于距离测量控制点较远，通过测量方法获取地形工作量较大，并且地形陡峭，难以布点。

无人机现场航拍数据     

基于实景模型计算体积功能，完美解决现场难以布点的问题

实例3：上庄隧道口挖方量计算

设计院工程量：8万方；施工方工程量：16万方；两者差别较大。

使用实景模型计算，工程量为11.2万方，航拍以及建模耗时合计两天，合计约300张照片。

通过等高线、坐标等方式验证后，达成施工单位和咨询单位均认可计算精度。

    无人机实景模型

            Powercivil软件读取实景模型生成DTM地模文件

基于Powercivil精确坐标绘图，对模型进行控制点选取以及相关计算体积功能，得到最终的隧道口开挖数据计算

     Powercivil基于实景模型和施工图建立的最终隧道口模型

实例4：

城市里基于实景模型建立BIM模型

实景建模方案实施：

实施主要步骤：

主要使用的软件：Contextcapture （原smart3D）、Powercivil 

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