CN111006646B - 基于无人机倾斜摄影测量技术实现施工进度监测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于无人机倾斜摄影测量技术实现施工进度监测的方法，涉及施工进度监测领域，包括如下步骤：S1：确认施工任务；S2：根据步骤S1中的施工任务进行航线设计；S3：步骤S2中的航线设计完成后，判断是否批准空域申请，若未批准，返回步骤S1，若批准，则进行步骤S4；S4：在厂区地面进行靶标点布设；S5：根据步骤S4中的靶标点布设，利用无人机倾斜获取厂区影像；S6：进行空中三角测量；S7：生成真三维模型；S8：真三维模型构建完成后，进行实际施工进度与计划施工进度对比，反映进度偏差；S9：预测后期工程进展趋势。该发明逼真地反映建筑物的空间形态，易于进行施工进度偏差的比较。

Description

基于无人机倾斜摄影测量技术实现施工进度监测的方法

技术领域

本发明涉及施工进度监测的方法，特别涉及一种基于无人机倾斜摄影测量技术实现施工进度监测的方法。

背景技术

发电厂的建设中一般分“初可”、“可研”、“开工”、“施工”、“调试”等几个阶段。其中最复杂的管理阶段为施工阶段，对施工进度进行监测，及时发现进度偏差并分析产生偏差的原因及其对后续工作和总工期的影响，必要时采取相应的措施，确保进度目标的实现，是施工进度监测的重要意义。目前施工进度监测方法有：横道图法、S曲线比较法、香蕉曲线比较法、前锋线比较法、列表比较法等，均为基于数据统计的以图表、表格形式进行实际进度和计划进度的比较方法，是二维数据性质，不能以三维的形式逼真地反映建筑物随施工进度变化的特征，不具备辅助施工管理者更深层次地把握建筑物空间形态而从全局把控各施工单元与总体施工目标的联系。

专利文献CN109579806A公开了一种结构工程安装进度的实时监测系统，包括3D建模终端、无人机和控制终端，所述3D建模终端安装在无人机上，无人机与3D建模终端与控制终端无线连接，所述控制终端包括输入终端、输出终端、提醒单元、完成单元、警报单元和中央处理器，所述中央处理的输出端分别与输入终端、输出终端、提醒单元、完成单元和警报单元的输入端连接，3D建模终端包括全景摄像头，全景摄像头用于对建筑物的扫描建模，输入终端用于输入工程的工程总量，而3D建模终端扫描建筑物后，得到工程的施工量，施工量与工程总量的比值为工程安装进度。

专利文献CN206741541U公开了一种工程进度跟踪监测机构，包括图像采集装置、巡线指挥装置和指令传达装置，所述图像采集装置包括无人机和机载摄像机；所述巡线指挥装置包括信号塔、信号接收器、障碍物自动规避装置，所述信号塔为多个并且它们分别设置在对应的施工段，所述信号接收器和所述障碍物自动规避装置均安装在所述无人机上；所述指令传达装置包括机载扩音器、信号灯和现场扩音器，所述机载扩音器安装在所述无人机上，所述信号灯和所述现场扩音器均安装在所述信号塔上。

上述专利文献虽然将均无人机应用于工程进度监测领域，但是均没有将通过无人机获取的数据进行三维真实模型的建立，而是直接与计划施工进度进行比较，并不能直观清楚地看出具体的实际施工进度和计划施工进度的差别，其主要目的是无需现场监测实际施工进度，而通过无人机拍摄进行检测，仍然不能以三维的形式逼真地反映建筑物随施工进度变化的特征。

发明内容

为解决现有技术中的技术问题，本发明通过无人机倾斜摄影测量技术定期对施工区域进行航空摄影测量，建立真三维模型，从多个视角真实地反映建筑物的实际情况，提取各监测节点的监测对象模型体外观、尺度、位置等属性，进行实际施工进度与计划施工进度比较，反映实际进度偏差，实现施工进度监测目的；本发明提供了一种基于无人机倾斜摄影测量技术实现施工进度监测的方法，具体技术方案如下：

本发明提供了一种基于无人机倾斜摄影测量技术实现施工进度监测的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：确认施工任务；

S2：根据步骤S1中的施工任务进行航线设计；所述航线设计包括航高设计、航线布设和航向覆盖；航高根据厂区建筑物高度、地面分辨率、周边情况综合考虑设计；航线按照摄区走向直线方法布设，确保与摄区边界线平行的首末航线镜头获得测区有效影像；航向覆盖超出摄区边界线至少3条基线；

S3：步骤S2中的航线设计完成后，判断是否批准空域申请，若未批准，返回步骤S1，若批准，则进行步骤S4；

S4：在厂区地面进行靶标点布设。

S5：根据步骤S4中的靶标点布设，利用无人机倾斜获取厂区影像；

S6：进行空中三角测量；

S7：将空中三角测量后成果数据直接提交生成三维TIN格网构建、白体三维模型创建、自助纹理映射和三维场景构建，经过DP-Modeler软件精细化的模型建模及模型修饰，最后生成真三维模型；

S8：单次真三维模型构建完成后，提取真三维模型中需要的监测单元属性数据，进行实际施工进度与计划施工进度的对比分析，反映进度偏差；

S9：对定期监测建立的真三维模型入库保存，汇总后进行整体统计分析，获得随时间节点的完成工程项目实际进展情况，预测后期工程进展趋势。

其中，本发明提供的空中三角测量是立体摄影测量中，根据少量的野外控制点，在室内进行控制点加密，求得加密点的高程和平面位置的测量方法。分两个主要步骤：1相对定向(是指确定像对在摄影时的相对关系)；2绝对定向(是根据像控点确定立体模型比例尺和在地面坐标系中所处方位的过程)。

优选地，步骤S2中采用单镜头布设航线时需东西南北四个方向航线布设后再进行往返飞行，采用双镜头布设航线时东西航线布设后再进行往返飞行，保证多角度获取倾斜摄影影像。

优选地，步骤S2中航向覆盖的摄影进点与摄区边界距离应大于H×(2tgθ前视+2tgθ后视)，摄影出点与摄区边界距离应大于H×(2tgθ后视+2tgθ前视)。

优选地，步骤S2中航向覆盖重叠度为70％-85％，旁向重叠度为60％-80％，所述重叠度为相邻两张像片的重叠度，所述旁向重叠度为飞机沿航线摄影时，相邻航线之间所保持的影像重叠程度。重叠是一种摄影测量的前提条件，是指在摄影测量中，相邻相片上包含同一地区影像的部分，重叠的多少以占全张相片面积的百分数来表示，称为重叠度。

优选地，步骤S4具体包括如下步骤：在厂区平面布置图外围四角区域，以两个相距100m远的像控点为一对进行布设，共布设4对，每个像控点利用砖块和混凝土抹砌1.5m﹡1.5m见方平台，在其表面镶入1.5m长，0.05m宽呈“┼”型金属标志物，即为布设的靶标点，平台表面和金属标志物分别刷上对比色油漆增强视觉分辨度。

其中，靶标点为像控点，是对无人机航摄影像进行数据处理的数学基础，决定着真三维模型的精度。同时为进行持续的多时间节点的数据比对需要，要求靶标点采用固定形式布设，并永久保存。

优选地，步骤S6中约束平差解算的基准框架数据为航测前利用cors系统测获的靶标点的中心坐标。

优选地，在空中三角测量前，对步骤S5中获得的原始影像进行预处理，进行色彩、亮度和对比度的调整和匀色处理。

优选地，还包括利用DP-Modeler软件对步骤S7生成的真三维模型的扭曲变形、糊化、破洞问题进行修补，完成纹理精细化修改。

具体的，通过DP-Modeler软件可以自动解算得到空三文件、OSGB格式模型文件和OBJ格式模型文件，在DP-Modeler软件中有建模和OBJ修饰两个模块。

利用建模工具对OSGB、OBJ模型文件进行高精度的重新建立，恢复模型体真实结构特征，对模型体进行纹理映射，完成单体化模型建立流程。

利用OBJ修饰模块中的编辑工具如：补洞、墙角拉直、平滑、拟合到平面等工具，对模型场景中的例如水面、路面、桥面、窗户表面等面状模型体表面的空洞进行修补，对例如墙角、结构体转角等进行角拉直，对糊化进行替换等修饰工作，完成模型精细化修改。

优选地，步骤S6具体包括如下步骤：

S61：将相机参数、影像数据、POS数据进行多视角影像特征点密集匹配，并以此区域网进行多视影像联合约束平差解算，建立在空间尺度可以适度自由变形的立体模型，完成相对定向；

S62：将外业测定的像片控制点成果，在内业环境中对已有区域网模型进行约束平差解算，将区域网纳入到精确的大地坐标系统中，完成绝对定向。

与现有技术相对比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明提供的基于无人机倾斜摄影测量技术实现施工进度监测的方法突破传统基于数据表格、图表的面维度，让施工管理者能从多视角观察建筑物，更加清楚明了地看出施工进度，合理地制定施工计划。

(2)本发明提供的实现施工进度监测的方法提高施工管理者把握建筑物随施工进度推进的空间形态程度，更易于把控施工进度监测。

(3)本发明提供的实现施工进度监测的方法能够写实地反映建筑物外观、位置、尺度等属性，逼真地反映建筑物的空间实际情况，易于进行施工进度偏差的比较。

(4)本发明提供的实现施工进度监测的方法通过无人机倾斜摄影测量技术定期对施工区域进行航空摄影测量，建立真三维模型，从多个视角真实地反映建筑物的实际情况，提取各监测节点的监测对象模型体外观、尺度、位置等属性，进行实际施工进度与计划施工进度比较，反映实际进度偏差，实现施工进度监测目的。

附图说明

图1为本发明提供的施工进度监测总体工作流程；

图2为本发明提供的航高示意图；

图3为本发明提供的像控点布设示意图；

图4为本发明提供的Context Capture Center空三建模流程图。

具体实施方式

下面结合附图1-4，对本发明的具体实施方式作详细的说明。

如图1所示，本发明提供了一种基于无人机倾斜摄影测量技术实现施工进度监测的方法，包括如下步骤：

S1：确认施工任务；

S2：根据步骤S1中的施工任务进行航线设计；所述航线设计包括航高设计、航线布设和航向覆盖；航高根据厂区建筑物高度、地面分辨率、周边情况综合考虑设计；航线按照摄区走向直线方法布设，确保与摄区边界线平行的首末航线镜头获得测区有效影像；航向覆盖超出摄区边界线至少3条基线；

S3：步骤S2中的航线设计完成后，判断是否批准空域申请，若未批准，返回步骤S1，若批准，则进行步骤S4；

S4：在厂区地面进行靶标点布设靶标点即为像控点，是对无人机航摄影像进行数据处理的数学基础，决定着真三维模型的精度。同时为进行持续的多时间节点的数据比对需要，要求靶标点采用固定形式布设，并永久保存。在厂区平面布置图外围四角区域，以两个相距100m远的像控点为一对进行布设，共布设4对，见附图3。每个像控点选择地势平坦且不易被破坏位置，利用砖块和混凝土抹砌1.5m﹡1.5m见方平台，在其表面镶入1.5m长，0.05m宽呈“┼”型金属标志物，即为布设的靶标点，平台表面和金属标志物分别刷上对比色油漆增强视觉分辨度；

S5：根据步骤S4中的靶标点布设，利用无人机倾斜获取厂区影像；

S6：进行空中三角测量；

S7：将空中三角测量后成果数据直接提交生成三维TIN格网构建、白体三维模型创建、自助纹理映射和三维场景构建，经过DP-Modeler软件精细化的模型建模及模型修饰，最后生成真三维模型；

S8：单次真三维模型构建完成后，提取真三维模型中需要的监测单元属性数据，进行实际施工进度与计划施工进度的对比分析，反映进度偏差；

S9：对定期监测建立的真三维模型入库保存，汇总后进行整体统计分析，获得随时间节点的完成工程项目实际进展情况，预测后期工程进展趋势。

其中，本发明提供的航线设计分别为航高设计、航线布设和飞行质量；

1)航高设计

航高根据厂区建筑物高、地面分辨率、周边情况综合考虑设计。航高示意图如图2所示，航高公式如下：

h＝f*GSD/a

式中：h―飞行高度

f―镜头主距

a―像元尺寸

GSD―地面分辨率(优于0.05m)

其中f(焦距)和a(像元大小)是固定不变的，航高h是由地面采样距离GSD的大小决定。GSD的大小会影响采样精度。GSD越小，采样越精细，航高也会更低，影像飞行安全。

2)航线布设

航线应按摄区走向直线方法敷设，平行与摄区边界线的首末航线必须确保镜头能获得测区有效影像。采用单镜头布设航线时需东西南北四个方向航线布设后再进行往返飞行，双镜头布设航线时东西航线布设后再进行往返飞行，保证多角度获取倾斜摄影影像。

3)飞行质量

航向覆盖超出摄区边界线至少3条基线(摄影进点与摄区边界距离应大于H×(2tgθ前视+2tgθ后视)，摄影出点与摄区边界距离应大于H×(2tgθ后视+2tgθ前视))。重叠度设置为70％-85％，旁向重叠度为60％-80％。按照设计航高飞行，实际航高与设计航高之差不应大于50米。同一航线上相邻橡片航高差小于30米。

其中，重叠度指相邻两张像片的重叠度。重叠是一种摄影测量的前提条件。指在摄影测量中，相邻相片上包含同一地区影像的部分。重叠的多少以占全张相片面积的百分数来表示，称为重叠度。旁向重叠度指飞机沿航线摄影时，相邻航线之间所保持的影像重叠程度。

作为优选实施例，本发明提供的步骤S2中采用单镜头布设航线时需东西南北四个方向航线布设后再进行往返飞行，采用双镜头布设航线时东西航线布设后再进行往返飞行，保证多角度获取倾斜摄影影像。

作为优选实施例，本发明提供的步骤S2中航向覆盖的摄影进点与摄区边界距离应大于H×(2tgθ前视+2tgθ后视)，摄影出点与摄区边界距离应大于H×(2tgθ后视+2tgθ前视)。

作为优选实施例，本发明提供的步骤S4具体包括如下步骤：在厂区平面布置图外围四角区域，以两个相距100m远的像控点为一对进行布设，共布设4对(如附图3所示)，每个像控点选择地势平坦且不易被破坏位置，利用砖块和混凝土抹砌1.5m﹡1.5m见方平台，在其表面镶入1.5m长，0.05m宽呈“┼”型金属标志物，即为布设的靶标点，平台表面和金属标志物分别刷上对比色油漆增强视觉分辨度。

作为优选实施例，本发明提供的步骤S6中约束平差解算的基准框架数据为航测前利用cors系统测获的靶标点的中心坐标。航测前利用cors系统测获像控点中心坐标，在空三平差计算中作为基准框架数据带入。定期观测前需对像控点精度复核。像控点采用成对(间隔100m)布设于厂区外围四角，如图3所示。

作为优选实施例，本发明在空中三角测量前，对步骤S5中获得的原始影像进行预处理，进行色彩、亮度和对比度的调整和匀色处理。使原始影像色调均匀，反差适中，层次分明，保持第五色彩不失真。使用ContextCapture Center空中三角测量软件进行数据处理；

作为优选实施例，本发明提供的空中三角测量是立体摄影测量中，根据少量的野外控制点，在室内进行控制点加密，求得加密点的高程和平面位置的测量方法。分两个主要步骤：1相对定向(是指确定像对在摄影时的相对关系)；2绝对定向(是根据像控点确定立体模型比例尺和在地面坐标系中所处方位的过程)。

其中，如图4所示，本发明提供的步骤S6具体包括：

S61：将相机参数、影像数据、POS数据进行多视角影像特征点密集匹配，并以此区域网进行多视影像联合约束平差解算，建立在空间尺度可以适度自由变形的立体模型，完成相对定向；S62将外业测定的像片控制点成果，在内业环境中对已有区域网模型进行约束平差解算，将区域网纳入到精确的大地坐标系统中，完成绝对定向；

作为优选实施例，本发明提供的方法还包括利用DP-Modeler软件对步骤S7生成的真三维模型的扭曲变形、糊化、破洞问题进行修补，完成纹理精细化修改。

具体为：通过软件可以自动解算得到空三文件、OSGB格式模型文件和OBJ格式模型文件，在DP-Modeler软件中有建模和OBJ修饰两个模块。

(1)利用建模工具对OSGB、OBJ模型文件进行高精度的重新建立，恢复模型体真实结构特征，对模型体进行纹理映射，完成单体化模型建立流程。

(2)利用OBJ修饰模块中的编辑工具如：补洞、墙角拉直、平滑、拟合到平面等工具，对模型场景中的例如水面、路面、桥面、窗户表面等面状模型体表面的空洞进行修补，对例如墙角、结构体转角等进行角拉直，对糊化进行替换等修饰工作，完成模型精细化修改。

全自动三维建模和模型修饰；

全自动三维建模采用多机多节点并行运算的Context Capture Center软件进行，建模流程如图4，将空三后的成果数据直接提交生成三维TIN格网构建、白体三维模型创建、自助纹理映射和三维场景构建，就生成了具有真实景观的三维模型。利用DP-Modeler软件对全自动生成的真三维模型的扭曲变形、糊化、破洞等问题进行修补，完成纹理精细化修改，使纹理精度严格准确。

真三维模型应用

单次建模完成后，提取模型中需要的监测单元属性数据，进行实际施工进度与计划施工进度的对比分析，以此来反映进度偏差。对定期监测建立的真三维模型入库保存，汇总后进行整体统计分析，获得随时间节点的完成工程项目实际进展情况，预测后期工程进展趋势。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于无人机倾斜摄影测量技术实现施工进度监测的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：确认施工任务；

S2：根据步骤S1中的施工任务进行航线设计；所述航线设计包括航高设计、航线布设和航向覆盖；航高根据厂区建筑物高度、地面分辨率、综合考虑设计；航线按照摄区走向直线方法布设，确保与摄区边界线平行的首末航线镜头获得测区有效影像；航向覆盖超出摄区边界线至少3条基线；

S3：步骤S2中的航线设计完成后，判断是否批准空域申请，若未批准，返回步骤S1，若批准，则进行步骤S4；

S4：在厂区地面进行靶标点布设；

S5：根据步骤S4中的靶标点布设，利用无人机倾斜获取厂区影像；

S6：进行空中三角测量；

S7：将空中三角测量后成果数据直接提交生成三维TIN格网构建、白体三维模型创建、自助纹理映射和三维场景构建，经过DP-Modeler软件精细化的模型建模及模型修饰，最后生成真三维模型；

S8：单次真三维模型构建完成后，提取真三维模型中需要的监测单元属性数据，进行实际施工进度与计划施工进度的对比分析，反映进度偏差；

S9：对定期监测建立的真三维模型入库保存，汇总后进行整体统计分析，获得随时间节点的完成工程项目实际进展情况，预测后期工程进展趋势；

步骤S2中航向覆盖的摄影进点与摄区边界距离应大于H×(2tgθ前视+2tgθ后视)，摄影出点与摄区边界距离应大于H×(2tgθ后视+2tgθ前视)；

步骤S4具体包括如下步骤：在厂区平面布置图外围四角区域，以两个相距100m远的像控点为一对进行布设，共布设4对，每个像控点利用砖块和混凝土抹砌1.5m﹡1.5m见方平台，在其表面镶入1.5m长，0.05m宽呈“┼”型金属标志物，即为布设的靶标点，平台表面和金属标志物分别刷上对比色油漆增强视觉分辨度；

步骤S2中采用单镜头布设航线时需沿东西南北四个方向进行航线布设后再进行往返飞行，采用双镜头布设航线时先进行东西航线布设后再进行往返飞行，保证多角度获取倾斜摄影影像；

步骤S6具体包括如下步骤：

S61：将相机参数、影像数据、POS数据进行多视角影像特征点密集匹配，并以此区域网进行多视影像联合约束平差解算，建立在空间尺度可以适度自由变形的立体模型，完成相对定向，相对定向是指确定像对在摄影时的相对关系；

S62：将外业测定的像片控制点成果，在内业环境中对已有区域网模型进行约束平差解算，将区域网纳入到精确的大地坐标系统中，完成绝对定向，绝对定向是根据像控点确定立体模型比例尺和在地面坐标系中所处方位的过程。

2.一种根据权利要求1所述的基于无人机倾斜摄影测量技术实现施工进度监测的方法，其特征在于，步骤S2中航向覆盖重叠度为70％-85％，旁向重叠度为60％-80％，所述重叠度为相邻两张像片的重叠度，所述旁向重叠度为飞机沿航线摄影时，相邻航线之间所保持的影像重叠程度。

3.一种根据权利要求1所述的基于无人机倾斜摄影测量技术实现施工进度监测的方法，其特征在于，步骤S6中约束平差解算的基准框架数据为航测前利用cors系统测获的靶标点的中心坐标。

4.一种根据权利要求1所述的基于无人机倾斜摄影测量技术实现施工进度监测的方法，其特征在于，在空中三角测量前，对步骤S5中获得的原始影像进行预处理，进行色彩、亮度和对比度的调整和匀色处理。

5.一种根据权利要求1所述的基于无人机倾斜摄影测量技术实现施工进度监测的方法，其特征在于，还包括利用DP-Modeler软件对步骤S7生成的真三维模型的扭曲变形、糊化、破洞问题进行修补，完成模型精细化修改。

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