土石方工程量的核算往往是工程預(yù)算與結(jié)算中的爭(zhēng)議與焦點(diǎn)，然而運(yùn)用天星系列多鏡頭傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)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(yùn)分析與運(yùn)算，做到土方平衡計(jì)算的精確化與精細(xì)化，對(duì)項(xiàng)目成本管控發(fā)揮了重要作用。

傾斜攝影技術(shù)在土石方工程量中的計(jì)算思路需解決的問題：

1. 如何從原始地貌提取出初始數(shù)據(jù) ?

2. 如何把航測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(jī)航測(cè)及點(diǎn)云三維成像技術(shù) 形成模型數(shù)據(jù)；

2. 將影像資料通過軟件處理達(dá)到模型原材料數(shù)據(jù)；

3. 把數(shù)據(jù)導(dǎo)入Smart 3D軟件之中實(shí)景三維模型；

4. 在Smart 3D軟件中，根據(jù)施工要求進(jìn)行土石方工程量核算。

①從原始地貌提取初始數(shù)據(jù)

天星系列多鏡頭傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)具有多視角高清影像采集、成本低、機(jī)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)，是衛(wèi)星遙感與無人機(jī)航空遙感的有力補(bǔ)充。

當(dāng)多鏡頭傾斜攝影無人機(jī)飛行到適當(dāng)高度以后，機(jī)載的傾斜攝影系統(tǒng)從多個(gè)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(chǎng)地，實(shí)現(xiàn)對(duì)地形邏輯有序的全覆蓋航攝。

無人機(jī)航攝完成后，可通過電腦端查看無人機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)SD卡影像資料文件夾，文件夾內(nèi)的影像通過編號(hào)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(jīng)緯度、海拔高度、拍攝姿態(tài)(角度)等POS信息，這是初始的關(guān)鍵信息。

②初始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為3D模型

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

1. 對(duì)齊照片：Smart 3D會(huì)按照每張照片的經(jīng)緯度、高度和角度還原出每個(gè)鏡頭的位置，如圖示依序排列

2. 建立密集云：Smart 3D將會(huì)計(jì)算每個(gè)點(diǎn)之間的關(guān)系，將每一個(gè)識(shí)別出來的點(diǎn)列入密集計(jì)算

3. 生成網(wǎng)格：利用軟件內(nèi)部矢量函數(shù)關(guān)系算法，Smart 3D基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)形成不規(guī)則三角網(wǎng)，構(gòu)建成點(diǎn)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(biāo)下，經(jīng)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(guān)系，并定義復(fù)合權(quán)重進(jìn)行紋理融合來獲取整個(gè)紋理映射圖，并進(jìn)行模型的紋理映射，構(gòu)建成具有真實(shí)感的三維模型。

至此帶有材質(zhì)覆面的點(diǎn)線面三維模型已在Smart 3D中呈現(xiàn)出來，接下來便可在Smart 3D軟件內(nèi)核算土方工程量。

③實(shí)景3D模型土方工程量計(jì)算技術(shù)路線

在無人機(jī)進(jìn)行航空攝影獲取航測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用Smart 3D軟件進(jìn)行空三加密等處理生成實(shí)景3D模型，進(jìn)而可以在Smart 3D軟件上選定任意位置，運(yùn)用繪制輪廓與設(shè)置標(biāo)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(jì)算技術(shù)路線

Smart 3D軟件會(huì)自動(dòng)選擇“新構(gòu)造”與“現(xiàn)有”之間的土方體量，并且左側(cè)屬性欄會(huì)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(shù)優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)的土方計(jì)算方法存在著計(jì)算量大、計(jì)算精度不高、數(shù)據(jù)量大等缺點(diǎn)，而利用“根據(jù)地形特征進(jìn)行區(qū)域劃分-近似簡(jiǎn)化-采取合適的測(cè)量方法取得地形三維特征數(shù)據(jù)-最后通過三維重構(gòu)的方法得出計(jì)算結(jié)果”思維的方法能夠?qū)崿F(xiàn)快捷精確的計(jì)算方法，并且能做到“實(shí)際與模型的精確對(duì)應(yīng)”和“所見即所得”。從地形測(cè)量到土方計(jì)算結(jié)果的獲得，人工成本和時(shí)間成本都將大大降低，同時(shí)測(cè)量的精度也會(huì)比傳統(tǒng)測(cè)量方法要高許多。

應(yīng)用展望

運(yùn)用航空傾斜攝影實(shí)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(yùn)分析與運(yùn)算基礎(chǔ)上，做到土方平衡計(jì)算的精確化與精細(xì)化，節(jié)約解決爭(zhēng)議的時(shí)間，對(duì)項(xiàng)目成本管控發(fā)揮重要作用。

艾三維項(xiàng)目案例

實(shí)例1：針對(duì)古鎮(zhèn)的立面改造，花費(fèi)半天時(shí)間進(jìn)行收集數(shù)據(jù)，并且得到數(shù)據(jù)之后，花費(fèi)5天的時(shí)間，量測(cè)并還原現(xiàn)場(chǎng)的立面圖。

實(shí)例2：李子坪取渣場(chǎng)土方量估算

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

無人機(jī)現(xiàn)場(chǎng)航拍數(shù)據(jù)     

基于實(shí)景模型計(jì)算體積功能，完美解決現(xiàn)場(chǎng)難以布點(diǎn)的問題

實(shí)例3：上莊隧道口挖方量計(jì)算

設(shè)計(jì)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(shí)景模型計(jì)算，工程量為11.2萬方，航拍以及建模耗時(shí)合計(jì)兩天，合計(jì)約300張照片。

通過等高線、坐標(biāo)等方式驗(yàn)證后，達(dá)成施工單位和咨詢單位均認(rèn)可計(jì)算精度。

    無人機(jī)實(shí)景模型

            Powercivil軟件讀取實(shí)景模型生成DTM地模文件

基于Powercivil精確坐標(biāo)繪圖，對(duì)模型進(jìn)行控制點(diǎn)選取以及相關(guān)計(jì)算體積功能，得到最終的隧道口開挖數(shù)據(jù)計(jì)算

     Powercivil基于實(shí)景模型和施工圖建立的最終隧道口模型

實(shí)例4：

城市里基于實(shí)景模型建立BIM模型

實(shí)景建模方案實(shí)施：

實(shí)施主要步驟：

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

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