CN111710038A - 摄影测量与计算机视觉技术相结合施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及工程施工技术领域，具体涉及一种摄影测量与计算机视觉技术相结合施工方法；包括以下步骤：（1）获取现场影像资料，（2）利用照片生成参数对照点，生成参数对照模型；（3）生成参数对照模型，（4）锐化模型，将锐化后的模型拆解，删除所有不可用及重复的参数点，进而生成密集度高、准确度高的云点数据；（5）云点模型，云点模型后要生成网格及纹理；（6）生成现场准确模型；本发明施工方法，施工工效高，提高工作效率、成本投入少，安全性高，且有利于环保；适用于城市道路快速化改造工程及既有铁路线改造工程，具有普通推广和积极指导作用。
Description
技术领域
本发明涉及工程施工技术领域，具体涉及一种摄影测量与计算机视觉技术相结合施工方法。
背景技术
作为城市道路快速化改造及综合治理工程来说，安全性、经济性质量与寿命等要求尤为重要；
而传统的施工方式会浪费大量施工现场的时间成本和项目管理成本，同时存在现场定位不够准确，不可避免的会出现结构碰撞返工，浪费工料、施工效率低等技术问题。因为视野受限而造成的方案考虑不周全等问题。因此信息化技术的应用具有特别的必要性和急迫性。
发明内容
本发明为解决传统的施工方式存在浪费时间成本及项目管理成本，现场定位不够准确，不可避免的会出现结构碰撞返工，浪费工料、施工效率低等技术问题，提供一种摄影测量与计算机视觉技术相结合施工方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种摄影测量与计算机视觉技术相结合施工方法，包括以下步骤：
（1）获取现场影像资料，利用航空飞行平台携带倾斜摄影装置及高清影像设备，对施工现场进行拍摄，按照预定航线进行顺序拍摄；
（2）利用照片生成参数对照点，将照片导入Photoscan，利用影像生成对应环境中的参数对照点；
（3）生成参数对照模型，使用参数对照点将拍摄的照片进行整体对齐，筛选相同的参数点进行拟合并删除多余参数点，生成参数对照模型；
（4）锐化模型，将模型进行雕刻，将现场周围环境清晰的刻画出来；
（5）云点模型，将锐化后的模型拆解，删除所有不可用及重复的参数点，进而生成密集度高、准确度高的云点数据；云点模型后要生成网格及纹理；
（6）生成现场准确模型，将已经完成的模型、网格及纹理导出，进入3Dmax软件中，进行模型布置工作最后生成现场准确模型。
进一步的，步骤（1）中拍摄俯角固定在45°-60°之间，拍摄左右偏角区间为±30°，拍摄照片时，镜头不发生偏移或者倾斜，保证每张相片之间的重叠率达到45%，摄时将焦距固定在35以上，并根据相应的条件调整飞行拍摄高度。
进一步的，步骤（4）中，现场周围环境包括现场路线走向、铁路线内既有信号设备及接触网杆、现场地势情况和既有建筑物。
工艺原理：通过在同一摄影载物上搭载多种传感器，同时从垂直、前视、后视、左视及右视共5个不同角度采集影像。其中，垂直摄影影像可经过传统航空摄影测量技术处理，制作4D（DEM、DOM、DLG与DRG）产品；前视、右视、左视与后世4个倾斜摄影影像，倾斜角度在15°至45°之间，可用于获取地面侧面丰富的纹理信息。
计算机视觉技术使计算机模拟人类的视觉过程，具有感受环境的能力和人类视觉功能的技术。机器视觉主要用计算机来模拟人的视觉功能，从客观事物的图像中提取信息，进行处理并加以理解，最终用于实际检测、测量和控制。机器视觉技术最大的特点是速度快、信息量大、功能多。
利用地物的垂直与倾斜影像以及少量的地面控制点，构建基于真实影像纹理的高分辨率真三维模型，可将生成的三维模型数据导入基于GIS相关软件进行应用分析，如对现场拥挤路段的构筑物进行坐标、距离测量和面积统计，模拟绘制拟建构筑物；准确测量交叉跨越性构筑物高度、优化交叉跨越设计等。
摄影测量与计算机视觉技术相结合具有以下优势：
高分辨率。将摄影平台搭载于不同的可移动机器上（例如飞行器、车载等），可获取厘米及高分辨率的垂直和倾斜影像。
获取丰富的地物纹理信息。倾斜摄影从多个不同的角度采集影像，能够获取地物侧面更加真实丰富的纹理信息，弥补了正射影像只能获取地物顶面纹理的不足。
高效自动化的三维模型生产。通过垂直于倾斜影像的全自动联合空三加密，无需人工干预，即可全自动化纹理映射，并构建三维模型。
逼真的三维空间场景。通过影像构建的真实三维场景，不仅拥有准确地物地理位置坐标信息，并且可精细的表达地物的细节特征，包括突出的既有构筑物顶部及侧面，以及地形地貌等精细特征。
真实的三维可行性方案研究。可在基于GIS的软件中对拟建构筑物进行描绘，通过较为精准的测量数据支持，描绘出拟建构筑物几何图形，直观判断拟建建筑物与既有构筑物间的相互关系，进行方案过程推导，通过大数据反应方案可行性，利用数据分析方案优缺点。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
1、施工工效高，本发明方法利用摄影测量结合计算机视觉技术，减少施工技术人员多次往返现场进行信息收集的问题，可根据模型分析，结合现场查勘的判断，让现场施工人员在会议室就可进行现场布置方案，节省大量工作时间，提高工作效率。
2、成本投入少，当地下管线多且结构复杂，管线单位不能将既有管线具体位置交代清楚，造成工程施工过程当中的制约因素较多，使用本发明方法可以明确现场构筑物信息，节省时间，节约施工成本及人力投入。
3、安全性高，本发明方法主要对其既有铁路改移之后，保障新建铁路桥的按时完成后，能够保障在封锁点期间轨道的顺利铺设并顺利通车，明确施工方案，加快施工速度，避免安全事故。
4、有利于环保，使用本发明方法可以帮助现场正确合理地安排土方开挖及外弃路线，保护周边环境。
5、本发明方法适用于城市道路快速化改造工程及既有铁路线改造工程，具有普通推广和积极指导作用，结合施工特点，三维空间场景定位的准确性，测量数据实现精度较高，达到利用数据分析优化方案的效果。
附图说明
图1为本发明实施例步骤（2）的结果图。
图2为本发明实施例步骤（3）的结果图。
图3为本发明实施例步骤（4）的结果图。
图4为本发明实施例步骤（5）的结果图之一。
图5为本发明实施例步骤（5）的结果图之二。
图6为本发明实施例步骤（6）的结果图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例
工程位于太原市万柏林区，西起鸦崖底，东至白家庄路，全线单侧长约5公里，道路等级为城市次干路，设计速度为30km/h。建设内容：道路、桥隧、排水、电力、河道防洪等。该项目部承建的三标段里程段为北岸K3+380～K4+850.18，南岸K2+280～K3+768.31包括道路工程、排水工程、防洪工程、电力排管工程、桥梁工程、通道工程、铁路部分、热力管线土方、供水管线土方等。其中，市政管网工程包括雨污水、给水、电力、煤气、热力、联建、中水管线等，上述管线于河道两侧布置。
以中铁六局集团太原铁路建设有限公司承建的虎峪河快速化改造及综合治理工程BIM应用情况为依托，利用BIM技术的理念，建立信息模型，可以使工程施工更加直观化、信息化、合理化。用一种全新的理念打破传统设计弊端，在方法和观念上取得突破。该工法的提出，可以广泛的应用到城市道路改造及站场改造工程项目中，并通过了关键技术查新工作。
以上述工程为例，施工应用本发明摄影测量与计算机视觉技术相结合施工方法进行，包括如下步骤：
（1）获取现场影像资料，利用航空飞行平台携带倾斜摄影装置及高清影像设备，对施工现场进行拍摄，按照预定航线进行顺序拍摄，注意：拍摄时最好选择在日光柔和及光照强度稳定的时间段内进行，严禁在同一航线上进行往返拍摄，拍摄俯角固定在45°-60°之间，拍摄左右偏角区间为±30°，必须保证在拍摄照片时，镜头不发生偏移或者倾斜，要保证每张相片之间的重叠率达到45%，同时要注意固定焦距，拍摄时要将焦距固定在35以上，并根据相应的条件调整飞行拍摄高度，本工程因为条件限制在5m、8m、10m三个高度进行拍摄；
（2）利用照片生成参数对照点，将照片导入Photoscan中，利用影像生成对应环境中的参数对照点，如图1所示。
（3）生成参数对照模型，使用参数对照点将拍摄的照片进行整体对齐，筛选相同的参数点进行拟合并删除多余参数点，生成参数对照模型；如图2所示。
（4）锐化模型，参数点生成模型较为模糊对周围环境表达不清晰，接下来进行锐化模型的过程，将模型进行雕刻，将现场周围环境清晰的刻画出来，包括现场路线走向、铁路线内既有信号设备及接触网杆、现场地势情况和既有建筑物等相关信息。如图3所示。
（5）云点模型，将锐化后的模型拆解，删除所有不可用及重复的参数点，进而生成密集度高、准确度高的云点数据，注意此时需要设置参数点转换为云点的密集度，推荐设置为密集度高即可使用；云点模型后要生成网格及纹理，目的是为了附着现场环境影像资料，保证将现场及周围环境的准确信息附着在模型上，如图4和5所示。
（6）生成现场准确模型
将已经完成的模型、网格及纹理导出，进入3Dmax软件中，进行模型布置工作最后生成现场准确模型，如图6所示。
中铁六局集团太原铁路建设有限公司承建的虎峪河道路快速化改造及综合治理工程三标段。利用摄影测量与计算机视觉技术相结合进行现场规划工作，大大提高施工现场定位的准确性，在使用该技术生成真实的三维模型，可以很直观的表达出各项施工结构的具体位置，材料信息，交叉情况等，避免结构碰撞返工，节约工料费、提高施工效率。同时也模拟出了现场施工场地的实际情况，在现场施工区域内方便工区划分、运输道路选址等工作，回避了传统作业中因为视野受限而造成的方案考虑不周全问题；通过摄影测量与计算机视觉技术相结合的应用管理，提高施工质量及施工进度，直观反映出施工过程中现场存在的问题，并将施工现场存在的问题及时有效地传送到施工管理人员手中，相比以往的传统方式大大节约了施工现场的时间成本和项目管理成本；在该工程审图过程中，发现施工现场的地形地貌与设计图纸提供的地形地貌不相同，为此项目的二次经营创造了强有力的证据，大大提高了项目的总收入。
通过摄影测量与计算机视觉技术相结合，生成与现场对应的且拥有现场完整地物地貌信息的三维模型，可以很直观的表达哪里是桥，哪里是路，哪里存在可以利用的既有道路等信息。为运输道路选址等工作提供数据依托，直观辨别哪种方案更加合理，减少了施工人员需多次往返现场进行信息收集的问题。根据完整的模型进行分析，可以帮助施工人员比选出最佳的取弃土场位置，回避了传统作业中方案考虑不周全问题。摄影测量及计算机视觉技术相结合，让施工人员在会议室就可进行方案编审，使之更加高效便捷。节省了大量时间，节约了施工成本及人力投入。
通过摄影测量与计算机视觉技术相结合，对工程项目进行信息化管理，加强从施工队伍进场开始到竣工验收的全生命周期的管控，尤其是作为总承包单位从质量、安全、进度、创新全方面对全生命周期过程中的分包队伍的管控，提升总承包项目的生产效率，提高整个建筑的质量，缩短施工工期，降低建造成本，具有良好的社会效益，值得推广应用。
Claims (3)
1.一种摄影测量与计算机视觉技术相结合施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）获取现场影像资料，利用航空飞行平台携带倾斜摄影装置及高清影像设备，对施工现场进行拍摄，按照预定航线进行顺序拍摄；
（2）利用照片生成参数对照点，将照片导入Photoscan，利用影像生成对应环境中的参数对照点；
（3）生成参数对照模型，使用参数对照点将拍摄的照片进行整体对齐，筛选相同的参数点进行拟合并删除多余参数点，生成参数对照模型；
（4）锐化模型，将模型进行雕刻，将现场周围环境清晰的刻画出来；
（5）云点模型，将锐化后的模型拆解，删除所有不可用及重复的参数点，进而生成密集度高、准确度高的云点数据；云点模型后要生成网格及纹理；
（6）生成现场准确模型，将已经完成的模型、网格及纹理导出，进入3Dmax软件中，进行模型布置工作最后生成现场准确模型。
2.根据权利要求1所述的一种摄影测量与计算机视觉技术相结合施工方法，其特征在于，步骤（1）中拍摄俯角固定在45°-60°之间，拍摄左右偏角区间为±30°，拍摄照片时，镜头不发生偏移或者倾斜，保证每张相片之间的重叠率达到45%，摄时将焦距固定在35以上，并根据相应的条件调整飞行拍摄高度。
3.根据权利要求1所述的一种摄影测量与计算机视觉技术相结合施工方法，其特征在于，步骤（4）中，现场周围环境包括现场路线走向、铁路线内既有信号设备及接触网杆、现场地势情况和既有建筑物。
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