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无人机航测倾斜实景三维建模进行土方计算(基于Smart3D全面讲解)

2019-11-06 17:11 性质:转载 作者:无人机 来源:搜狐
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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...

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。

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