1.湖北省国土测绘院 湖北 武汉 430010；2.湖北省国土测绘院 湖北 武汉 430010
3.四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院 四川 成都 610041；
4.广东省重工建筑设计院有限公司 广东 广州 510670
摘要：采用智能手机，普通相机等便携设备获取管道视频资料，通过软件裁取相片，通过Agisoft Photoscan软件构建数字管道表面模型和正射影像图，保存地下管线埋设现状。
关键字：Agisoft Photoscan；视频建模；地下管线；竣工测量；
引言
地下管道是城市生产生活的重要基础设施，已经成为社会发展和人们生产生活中不可缺少的部分，城市地下管道种类繁多，管网系统错综复杂，区域范围内发展迅速。目前的城市地下管网已经由简单、单一形式发展到种类繁多，功能各异的复杂管网系统。
目前有许多城市已经建成融入了计算机图形技术、网络技术等现代化技术的地下管网信息系统，并建立了地下管线三维模型，为管线查询，定位、分析等提供了便捷手段，但是系统中三维模型数据主要是通过物探及测绘技术方法获得了管线三维空间信息为基础，构建了单一的管线三维模型，不能还原管线铺设等状态。
视频影像构建三维模型技术是利用倾斜摄影测量的基本原理，通过同名像点匹配和控制点的矫正，重建出管道在铺设时的3D模型。不仅能保存埋设时管网的材料，管件等信息,还能提取具有一定精度的三维坐标，为管线后期的维护服务，并且可提供管线的正射相片，配合GIS软件可丰富现有的管网信息系统。
1 关键技术
1.1 利用相片生成数字表面模型（DSM）
Agisoft Photoscan自动空中三角测量计算出各个影像的外方位元素，继而选择合适影像匹配单元与之前计算出的外方位元素进行特征匹配和像素密集匹配。并利用多视影像密集匹配的方法能够生成高精度、高分辨率的DSM，能够表达管道、沟槽和附近地物的起伏情况。
1.2 正射纠正
直接生成的数字表面模型没有空间位置信息，利用地面控制点联合平差以及密集匹配建立管道表面像点与控制点的对应关系，纠正过程中顾及系统误差，最终获取管道模型的正射影像。
1.3 三维建模
对获取的影像经过处理之后，通过控制点纠正生成具有真实坐标的管线三维模型，并且可同通过相关软件的编辑功能对模型进行修剪，剔除多于点和噪声点。
2 工艺流程
2.1 布设地面控制点
（1）控制点的喷涂由圆点和点号构成，其中圆点的直径为4厘米，点号高度不小于15厘米，如下图所示。为保证测量人员能够快速确定控制点位置，需拍摄一张控制点位置相片。
（2）控制点宜布设在管道两侧，成“Z”字型布设。只能单侧布置控制点的，应适当提高布设密度。在有弯曲，抬高的位置当加控制点。
（3）管线的首尾两端应当布设控制点，每段管道至少应当有4个控制点；控制点应当布设在如路牙，井盖等不易毁坏、掩埋松动的位置，也可以直接布设在管道顶部，且保证视野良好无遮挡。
（4）距离长的平坦布设管线应每12米一个控制点；尽量靠近管线布设，最远不宜偏离管线4米。
2.2 相片获取
将智能手机架设在拍摄杆上，沿管铺设方向录制管道视频，拍摄时应注意保持相机姿态稳定，控制点全部位于相机视野之内。完成一段拍摄后应当立即检查，保证拍摄质量。并利用DVDVideoSoft软件将视频裁剪为一系列重叠度不低于70%的相片。利用视频裁剪相片与直接拍照相比，降低了作业难度，并能调解裁剪软件参数，保证较高的重叠度。录制管道视频原则如下：
（1）把手机或者数码相机架设在“L”形状的拍摄杆顶端，为了增加单张相片的拍摄范围，通过拍摄杆的调节旋钮调节手机的拍摄角度，手机倾斜角度在45度至60度之间为宜，如下图：
其中对齐照片实质是点云提取，软件根据多视三维重建技术自动反算出相片位置、角度，内定向、相对定向和绝对定向均有软件自动完成。通过添加地面控制点，为模型提供坐标基准，尺度基准。并且通过控制点位置对模型进行纠正。优化照片对齐方式是对相片进行径向畸变矫正和切向畸变矫正，同时结合地面控制点对模型做优化处理。生成格网和纹理则是对模型赋予材质，材质的来源取决于相片，可在设置选项中调整参数，达到所需效果。
完成建模之后可在Agisoft Photoscan中预览裁剪照片的分布情况，可以看出在相机姿态稳定的情况下，通过视频裁剪获得的相片能够满足建模要求。
导出清晰的TIF格式的正摄相片图像具有较强的可追溯性，配合GIS软件查询平面坐标，量取管径和沟槽宽度。可清晰判断管线走向，管线材质，管件，管线埋设时有无套管等保护设施等信息。并且能够与GIS系统下的管网系统形成对比校核，及时发现系统中不当的地方。正摄相片与抽象模拟出来的管道模型相比，可以还原管道埋设时的状态，能够辨别管道铺设时周围的环境，形成了宝贵的可视化资料。
三维模型能够提取管线特征点的真是坐标，量取两点间距离、与其他管道之间的位置关系。为后期管道开挖，管道改造和维护提供依据，在三维模型中能清晰查看管道材质，焊接情况，以及弯头变径等器件的安置情况，对保证管道竣工质量具有重要意义。并且Agisoft Photoscan软件可以导出pdf、3ds、dxf等多种格式的三维模型，成果运用的可拓展性较强。
4 总结
随着城市地下管道规划、施工、综合管理的信息化程度越来越高，单纯依靠抽象模拟的地下管道模型越来越不能满足城市规划建设的需求。通过视频构建管道模型能还原管道竣工现状，与GIS软件配合使用，能够再现管道管径、材料、附属物安置情况以及四周环境，为城市管道竣工测量保存可视化资料，对管道开挖、维护、改造都具有重要意义。与传统的无人机航拍相比，利用智能手机、相机或者小型四旋翼飞行器的施工成本低、作业难度小，对于城市管道施工来说也更加安全高效。
论文作者:梁剑芳,王鲁米,叶朋飞,赵笠
论文发表刊物:《防护工程》2017年第26期
论文发表时间:2018/1/19
标签：管道论文; 管线论文; 模型论文; 相片论文; 管网论文; 位置论文; 软件论文; 《防护工程》2017年第26期论文;