【技术】无人机倾斜摄影和实景建模的那些“坑”——你都踩过么？

随着无人机技术的快速发展，“无人机倾斜摄影”、“三维实景建模”等听起来“高大上”技术进入了工程专业人士的视野。经常，我们听到有人宣传：利用无人机开展倾斜摄影测量，如何方便、如何快捷；基于倾斜摄影成果，可以实景建模，扩展BIM技术在工程设计中的应用等等。那么，实际情况到底如何呢？请看看下面这几个实际案例吧。

图1 无人机倾斜摄影测量示意图

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案例一

张总是一家民营工程测绘公司的老板，年轻有魄力。2年前，当他听到关于利用无人机进行倾斜摄影测量的宣传之后，当即决定购买了一套设备。尽管一台多旋翼无人机加上配套的软件、装备等价值30多万元，是一笔不小开支，但张总觉得，如果能够大幅提高测绘效率，而且还能为甲方提供增值服务（实景模型），那自己就会在竞争中脱颖而出了。可今天，张总却是气鼓鼓地：“别提了，太折腾人了！本来用平板（测图方式）一周就可以搞定的项目，却花费了近乎一个月时间。买无人机算是踩到‘坑’了！”

原来，张总的团队已经用无人机完成了两个小型项目的测绘任务，但情况远不是当初宣传的那么便捷、高效。在无人机采集数据之后，后续数据生产（从数据准备，到地形图成图之间）的各种工序不仅复杂，而且需要投入大量的人力和时间成本。

至于实景模型，张总最终打印了两张高分辨率的图片，以精美相框装饰后挂在了水利局会议室的墙上。局长看了说：“这无人机拍水库照片——效果还蛮不错。”“啊？！”，作者惊讶了。张总一脸无奈：“水利局哪有如此高配的计算机软、硬件，我总不能再搭送一台工作站和软件吧？”

图2  与正射影像叠加的数字地形图

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案例二

王总是国内某甲级设计院的技术负责人，平时就喜欢钻研新技术。在参加了某国外公司BIM解决方案宣讲之外，王总也给单位建议购买了一套无人机倾斜摄影装备，并准备某高速公路项目中尝试一番。当然，作为设计单位，他的目标并不在于地形图测绘，而在于探索利用无人机倾斜摄影的成果，进行工程实景建模，开展BIM应用。

半年之后，王总实际上只用无人机做了一小段倾斜摄影测量和实景建模的测试，发现数据量太多、太费劲，最终还是放弃了。王总说：“只有真正玩过了，才知道事情并不是宣传的那么简单，而且实景模型——中看不中用啊！”

王总只在短短几百米范围测试，采集的数据就有好几个G，实景建模花费了约一周多的时间。而且，除了必须在多个软件之间来回切换之外，还要做大量的手工编辑修复工作。几十公里的高速公路项目，这样建模和处理效率，那还不得“黄花菜都凉了”啊！最终，为了保证项目设计进度，王总只得从测绘局购买数字地形图开展路线设计，整个项目实景建模的计划，也被迫泡汤了。

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无人机倾斜摄影测量和实景建模的“坑”到底在哪里？

这就奇了怪了，明明有测绘装备公司在大力宣传无人机倾斜摄影技术，有国外BIM软件公司频繁展示实景建模的炫酷效果，可为什么又有不少人在尝试之后发现自己“踩坑”了呢？是宣传者在忽悠，还是使用者没有掌握要领呢？这里的“坑”在哪里呢？以下作者结合相关调查和掌握的信息，尝试进行一些分析和讨论。

图3 无人机携带的摄影设备（多相机）

【坑1：无人机技术带动了测绘技术升级和效率提升】

很多人把无人机技术的快速发展，特别是消费级无人机的普及，与倾斜摄影测量技术发展建立了联系，想当然地认为：无人机技术发展必然带动或促进了测绘技术和效率显著提升。事实上，只是大家想多了！

追溯起来，航空倾斜摄影测量技术并不是什么新的技术方法，更不是由于无人机的普及才开始在工程测量应用的。在过去20年期间，国内各类公路、铁路和大面积地形测绘项目中，就已经普及化采用航空摄影测量方式和技术了。而且，为了进一步提高摄影测量在高程方面的精度，还增加了激光雷达扫描（Lidar）。因此，倾斜摄影测量技术的广泛应用是早于无人机的，与无人机发展普及没有多少关系。

图4  人工交互式数据处理过程

【坑2：无人机方式测量精度和效率更高】

与以往采用载人飞机实施的航空倾斜摄影测量方式比较，采用无人机方式的便利性主要体现在——航线申请和批复的时间周期方面。以往载人飞机航飞时，往往都需要较长时间的航线申请批复程序，而无人机由于飞行高度低，早期不需要专门申请航线，随便飞行（但现在随意飞行可能已经涉嫌违法了）。

有人说，采用无人机方式摄影时距离地面的高度更低，获得成果精度自然更高了，事实未必如此。虽然在原理上，飞行高度越低，倾斜摄影的精度就越高，但事实情况是——载人航飞方式，可以搭载大型、专业的激光雷达设备，而激光扫描方式获得的高程精度天然就比摄影解析方式高出一个量级。目前，对各级各类工程勘测设计任务，两种方式均可达到1:500、1:2000等的精度要求。

可是别忘了，由于无人机飞行高度低，一次拍摄的地面宽度就更窄了，这样同一任务时所需要的往复飞行的次数是成倍增加的。还有，受到电池容量等的限制，常见多旋翼无人机一般只能持续飞行约15-20分钟。这对于长距离、大面积的公路、铁路等工程测绘任务，可以想象其功效必然是捉襟见肘。

图5 机载激光雷达测量示意图

【坑3：无人机一飞，数字地形图等成果就有了】

还有更重要的一个“坑”——由于专业局限和宣传侧重等原因，很多人误以为：只要无人机飞过，三维数据和数字地形图就可以自动生成了。错啦！

采用无人机方式，改变的只是搭载设备和飞机方式，并没有改变倾斜摄影测量的根本原理和技术路线。通过对立体像对进行解析（即空中三角测量）获得地面高程、通过人工方式逐一采集地形特征线、地表构造物轮廓等等的人工判识、手工编辑等的流程、工序，并没有实质性改变。而且，控制倾斜摄影测量精度所必须的——地面控制点，采用无人机方式仍然也是必须的，且必须人工现场布设。同时，对测量范围内现场踏勘、调查、补测等工作仍然是一样不能缺少的。

所以，对于一家工程设计单位而言，如果想自主打通无人机倾斜摄影测量和实景建模的工序，首先应该做好筹建一个庞大的、熟悉相关专业软件、掌握数据处理业务团队的准备。

图6  实景建模数据处理过程

【坑4：实景建模效果很炫酷】

当前，很多项目开展无人机倾斜摄影测量的另一目的，就是为工程实景建模提供基础数据。但是，结合上面的案例二和作者等团队的实际工程实践，事情也远非宣传和想象的那样简单。

下面这段视频，就是作者等团队在利用当前比较前卫的无人机装备（MD-1000）采集数据，利用某专业软件形成的某条既有高速公路的三维实景模型。从空中视角浏览时，效果还是蛮不错的，高速公路及路域环境、周边建筑等均一一展现，立体感很强。

视频：实景建模的空中视角

但是，当我们把浏览的视点高度再降低一些，落到地面附近或者驾驶员的高度时，看到的效果就截然不同了，甚至可以用“惨不忍睹”来形容了。悬空的树木，残缺的标志.....请看看下面这段视频，这是从低空视角浏览时的画面。

视频：实景建模的地面视角

看了这段地面视角的视频，大家的反映必然是：“这也太烂了嘛！”是的，虽然采用相机分辨率不同，会对实景建模的效果有一定影响，但是总体情况都是：从空中视角确实不错，但换个视角高度，效果就不忍直视了。而地面视角，才是工程设计和仿真分析时，值得重点关注的。毕竟，道路设施是为路上车辆和行人等服务的，不是为从空中飞机视角俯览好看的。

【坑5：用某某软件实景建模是全自动的】

有人宣传说：“用某专业软件进行实景建模是软件自动完成的”，这话要说也是没错的。只是，自动生成的实景模型在地面视角下令人“不忍直视”。能提升实景模型的效果吗？方法是有的，但只能通过大量的人工编辑、交互处理。下面这段视频演示，就是通过一些软件工具，对实景模型中的每一座房屋、设施，逐个单体化，然后再对每个模型的每个面，单独进行贴图处理的过程和具体操作。

视频：对实景模型进行单体化处理的过程

有人或许会说：“不对呀！我在某某BIM软件的宣传中看到的效果要更好呀?!”其原因往往可能在于两个方面，一是、人家只给你看的空中视角的浏览效果；二是、人家在背后花费了大量的人力和时间，对模型进行的二次加工编辑。而这些背后的工作，工作量往往不亚于完成一项工程设计任务了。

【坑6：实景建模成果——中看不中用】

很多人和作者团队一样，一直希望把实景建模成果在工程设计中真正用起来，产生实际价值。但是，经过很多折腾和尝试之后，都发现“这玩意儿，确实‘中看不中用’！”到今天，大家在各种场合能看到的，仍然只是对工程实景建模成果展示、浏览，没有看到直接利用实景模型开展工程设计，或把实景模型作为工程设计基础数据的应用案例。回过头来，大家才发现，或许这本来就是一条死胡同。

众所周知，在道路、铁路等工程勘测设计中，必须基于“裸地表”进行路线设计和工程量计算，必须调查、统计各类地表附着物（类型、属性、数量等信息）以获得工程拆迁数量......但由于不能区分地面、植被和地物，导致对工程设计而言，实景建模的成果甚至还抵不上一张数字地形图的价值，除了空中视角地“浏览一下，展示一下”。

而这恰恰由实景建模的原理和方法所决定的。虽然通过倾斜摄影测量技术，能够得到地面、地物、设施等的点坐标和高程信息，但计算机软件仍然无法自动准确判识哪些是地面、哪些是植被、哪些是房屋和构筑物。

可能有人问：“那么多工程管理企业都在玩无人机，难道他们都踩‘坑’了吗？”结合近期一些研讨会议，作者等了解到，工程管理企业对无人机的应用主要集中在工程和线路巡检等方面，这些应用的侧重点在于对无人机实时采集、同步传输视频的应用方面，与倾斜摄影等无关。

图7 实景模型浏览效果截图（地面视角）（建议放大浏览图片质量）

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结语

诚然，无人机倾斜摄影测量是成熟的技术，基于倾斜摄影数据进行工程实景建模也是很多人已经亲自实践的事实，但是，如果从无人机倾斜摄影到实景模型之间花费的人力和时间成本，甚至不亚于工程设计本身的投入；如果费了九牛二虎之力建立的实景模型，却始终停留在“中看不中用”的状态，那么,在工程设计中推广倾斜摄影和实景建模，实际价值又在哪里呢？

可能有人会对本文的一些观点不太认同，认为这些不算是“坑”，只是用户一方没有准确定位自己的实际需求，没有及时掌握当前新技术所能达到状态，没有调查核实新技术的适用范围，才造成了许多类似案例现象。而作者则想试问部分厂商：在推广中有说明今天实景建模仍仅适用于小型、点状工程吗？为什么有意回避展示实景模型的地面视角呢？为什么不说明从无人机倾斜摄影，到数字成图，再到实景建模的工序，还必须配备一个专门的数据处理团队呢？

据了解，当前仍有一些厂商借着BIM技术的热潮，在工程行业中大力宣讲和推广无人机倾斜摄影和实景建模技术。作者把相关案例和实践信息分享出来，只是希望给行业、单位和相关专业人士提供一些参考，让大家在探索新技术的路上，少走些弯路、少踩到几个“坑”吧。

（本文仅代表个人观点和认识，欢迎批评指正，欢迎留言讨论。）

来源：中国公路